JPH07103547A

JPH07103547A - 空気調和機

Info

Publication number: JPH07103547A
Application number: JP5251714A
Authority: JP
Inventors: Akira Yoshida; 陽吉田; Makoto Ijiri; 良井尻; Sae Takagi; 小枝高木; Takatomo Matsumi; 孝友松實
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1993-10-07
Filing date: 1993-10-07
Publication date: 1995-04-18
Anticipated expiration: 2017-06-10
Also published as: JP3291379B2

Abstract

(57)【要約】【目的】常に快適な空調空間を提供する。【構成】快適指標演算手段４は、各検知手段６〜１１
の検知結果に基づいて快適指標（ＰＭＶ）を算出する。
演算制御手段３は、前記快適指標（ＰＭＶ）を予め定め
られる範囲内に保ちながら、空気調和手段２の圧縮機１
３、ファンモータ１４およびルーバモータ１５を、記憶
手段５に記憶されている時系列的に変化する１／ｆゆら
ぎパターンに基づいて制御する。したがって、空調空間
内に居る使用者には常に異なる刺激が与えられ、使用者
の環境への順化がなくなる。このため、使用者に常に快
適な環境を提供することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、温度、気流、輻射温
度、湿度などの空調空間内の環境を制御する空気調和機
に関し、特に人体の環境に対する順化を考慮した空気調
和機に関する。

【０００２】

【従来の技術】空気調和機は、空調空間内に居る使用者
を快適な状態にするためのものであり、このために空調
空間内の温度、気流、輻射温度、湿度などが制御され
る。たとえば、特開平３−１３７５１には、空気調和機
の出力、たとえば圧縮機の運転周波数、ファン回転数な
どを制御して、空調空間内に居る使用者の体感温度を所
定の値に保つ空気調和機が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た特開平３−１３７５１は、人体の生理反応である順化
を考慮したものではない。順化とは、使用者が適当な体
感温度となるように制御された空調空間内に長期間居る
と、その環境に慣れてしまうことである。したがって、
一定の快適な状態に制御された空調空間内に入っても、
時間が経過するにつれて快適だとは感じなくなってしま
う。従来の空気調和機は、室外温度（すなわち、空調空
間外の温度）や室内温度（すなわち、空調空間内の温
度）などが変化して冷暖房負荷が変化したときに、所定
の体感温度を保つように制御するものであり、人体の生
理反応などは全く考慮せずに制御を行うものである。こ
のため、使用者にとって快適な環境を常に提供すること
は困難である。

【０００４】本発明の目的は、人体の環境への順化を考
慮し、使用者に対して常に快適な空調空間を作り出すこ
とができる空気調和機を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、空調空間の環
境を制御する空気調和手段と、前記空調空間の状態を検
知する検知手段と、前記検知手段の検知結果に基づいて
快適指標を算出する快適指標演算手段と、時系列的に変
化する制御パターンを記憶する記憶手段と、前記快適指
標を予め定められる範囲内に保ちながら、前記空気調和
手段を前記制御パターンに基づいて制御する制御手段と
を含むことを特徴とする空気調和機である。

【０００６】

【作用】本発明に従えば、快適指標演算手段は、空調空
間の状態を検知する検知手段の検知結果に基づいて快適
指標を算出する。制御手段は、前記快適指標を予め定め
られる範囲内に保ちながら、空調空間の環境を制御する
空気調和手段を、記憶手段に記憶される時系列的に変化
する制御パターンに基づいて制御する。前記制御パター
ンは時系列的に変化するので、人体の環境への順化を防
ぐことができる。この制御パターンは、たとえば１／ｆ
（ｆ：周波数）ゆらぎの制御パターンや、１／ｆ²ゆら
ぎの制御パターンなどと称される制御パターンで実現さ
れる。このため、空調空間内に居る使用者には常に異な
る刺激が与えられ、使用者がその環境に慣れることがな
くなる。したがって、空調空間内に居る使用者に対して
常に快適な空調空間を提供することができる。

【０００７】

【実施例】図１は、本発明の一実施例である空気調和機
１の電気的構成を示すブロック図である。空気調和機１
は、空気調和手段２、演算制御手段３、快適指標演算手
段４、記憶手段５、温度検知手段６、気流検知手段７、
輻射温度検知手段８、湿度検知手段９、活動量検知手段
１０、着衣量検知手段１１および画像処理手段１２を備
える。

【０００８】空気調和手段２は、圧縮機１３、ファンモ
ータ１４、ルーバモータ１５の他に、図示しない凝縮
器、蒸発器、キャピラリチューブ（または膨張弁）、フ
ァン、ルーバを含む。前記圧縮機１３、凝縮器、キャピ
ラリチューブ（または膨張弁）、ファンおよびファンモ
ータ１４は、空調空間外（以下、「室外」という）に設
けられ、前記蒸発器、ルーバおよびルーバモータ１５は
空調空間内（以下、「室内」という）に設けられる。

【０００９】冷房時には、冷媒が圧縮機１３、凝縮器、
キャピラリチューブ（または膨張弁）、蒸発器の順に循
環する。圧縮機１３で圧縮された冷媒（気体）が凝縮器
に入ると、ファンからの風によって冷やされて凝縮し、
液体となる。この液体は、たとえば内径が１．０ｍｍ〜
１．５ｍｍの細い管で実現されるキャピラリチューブ
（または膨張弁）に入って冷却され、さらに蒸発器に入
る。蒸発器中で冷媒（液体）が蒸発するときに風を通す
と、前記風の熱が奪われるため冷風が生じる。この冷風
を室内に向けて設けられるルーバから流すことによっ
て、室内温度が低下する。

【００１０】一方、暖房時には、冷房時の凝縮器が蒸発
器の役目をし、蒸発器が凝縮器の役目をする。蒸発器
（冷房時の凝縮器）中で冷媒は空気の熱をとって蒸発
し、気体となって圧縮機１３に入る。圧縮機１３で圧縮
された冷媒（気体）は凝縮器（冷房時の蒸発器）に入
り、空気によって冷やされて液体となる。このとき前記
空気は、温められて温風となる。このため、前記ルーバ
から温風が流れ出し、室内温度が上昇する。なお、前記
圧縮機１３は、たとえばインバータ制御回路によって回
転数の制御が行われる。

【００１１】演算制御手段３は、たとえばマイクロプロ
セッサなどから成るＣＰＵ（中央処理装置）で実現さ
れ、空気調和機１全体の動作を制御する。快適指標演算
手段４は、検知手段６〜１１で検知された各物理量から
快適指標（ＰＭＶ）を算出する。快適指標（ＰＭＶ）と
は、環境の快適性の指標となる値であり、たとえば体感
温度などと同様に、空調空間の環境を制御するにあたっ
て用いられる数値である。記憶手段５は、たとえばＲＡ
Ｍ（ランダムアクセスメモリ）やＲＯＭ（リードオンリ
メモリ）で実現され、時系列的に変化する制御パター
ン、たとえば１／ｆ（ｆ：周波数）ゆらぎパターンや１
／ｆ²ゆらぎパターンと称される制御パターンを記憶し
ている。

【００１２】温度検知手段６は、たとえば温度変化によ
って抵抗値が著しく変わる抵抗体を含むサーミスタで実
現され、室内および室外の温度を検知する。気流検知手
段７は、たとえば電流を通じた抵抗線の抵抗値が風速に
よって変化することを利用した熱線形速度計で実現さ
れ、室内の風速を検知する。輻射温度検知手段８は、た
とえば多数の熱電対を直列に接続したサーモパイルで実
現され、室内の輻射温度を検知する。湿度検知手段９
は、たとえば高分子膜を利用した湿度センサで実現さ
れ、室内の湿度を検知する。

【００１３】活動量検知手段１０は、たとえば広角レン
ズを備えるＣＣＤ（電荷結合素子）カメラで実現され
る。ＣＣＤカメラからの画像は、画像処理手段１２に入
力される。画像処理手段１２では、入力された画像を基
に使用者の活動量が求められる。着衣量検知手段１１
は、たとえばカラーＣＣＤカメラで実現され、カラーＣ
ＣＤカメラからの画像を基に、肌色領域、すなわち衣服
で覆われていない領域が求められる。着衣量は、たとえ
ば全画像面積に対する肌色領域の面積で求められる。な
お、活動量検知手段１０で用いられるＣＣＤカメラを、
着衣量検知手段１１で用いられるカラーＣＣＤカメラと
共用して用いることが可能である。

【００１４】図２は、前記空気調和機１の動作を示すフ
ローチャートである。先ず、室内に居る使用者によって
「スタートボタン」が押され、空気調和機１の運転の開
始が指示される。

【００１５】ステップａ１では、カウンタが初期化され
て、ｎ＝０となる。ステップａ２では、設定温度が検知
される。また、温度検知手段６によって室外温度および
室内温度が検知される。ステップａ３では、制御パラメ
ータが設定される。室内を使用者にとって快適な状態と
するための要因は、温度、湿度、気流の強弱および風向
などであり、本実施例では、これらの要因を圧縮機１３
の運転周波数、ファンモータ１４の回転数およびルーバ
モータ１５の回転数によって制御している。このため、
ステップａ３では、圧縮機１３の運転周波数やファンモ
ータ１４およびルーバモータ１５の回転数が、前記ステ
ップａ２で検知された値を基に適宜設定される。ステッ
プａ４では、ステップａ３で設定された条件に基づいて
空気調和手段２が運転を開始する。

【００１６】ステップａ５では、所定時間、たとえば１
分間が経過したかどうかが判断される。経過した場合は
ステップａ６に進み、経過していない場合はステップａ
５で所定時間が経過するまで待機する。ステップａ６で
は、快適指標演算手段４が各検知手段６〜１１からの物
理量を検知する。ステップａ７では、快適指標演算手段
４で、前記ステップａ６で検知された物理量に基づい
て、快適指標（ＰＭＶ）が算出される。快適指標（ＰＭ
Ｖ）は、以下の数式（１）に基づいて算出される。

【００１７】 PMV＝(0.303e^-2.088m+0.028)[58m-3.05×10^-3{5733-405.42m -1.3332rh×e^{18.6686-4030.18/(235+ta)}}-0.42(58m-58.15) -9.86×10^-4m(5867-1.3332rh×e^{18.6686-4030.18/(235+ta)}) -0.0812m(34-ta)-3.96×10^-8fcl×{(tcl+273)⁴-(tr+273)⁴} -fcl×hc(tcl-ta)] …（１）ここで、 tcl＝35.7-1.624m-Icl[3.96×10^-8fcl{(tcl+273)⁴-(tr+
273)⁴}+fcl・hc(tcl-ta)] （tclは収束するまで繰り返し計算を行う必要があ
る。） hc ＝2.38(tcl-ta)^0.25，2.38(tcl-ta)^0.25＞12.1 var
のとき 12.1 var ，2.38(tcl-ta)^0.25≦12.1 varのとき fcl＝1.00+0.2Icl ，Icl＜0.5 cloのとき 1.05+0.1Icl ，Icl≧0.5 cloのとき（ta：気温[℃]，tr：平均輻射温度[℃]，rh：相対湿度
[%]，var：気流速度[m/s]，Icl：着衣量，m：活動量，t
cl：着衣表面温度[℃]，hc：人体の対流熱伝達率[W/m²
℃]，fcl：人体の表面積率，e：自然対数の底）また、「ｃｌｏ」は、着衣量を表す単位であり、１ｃｌ
ｏは、湿度５０％、風速１０ｃｍ／ｓ、気温２１．２０
℃の大気中で、いすに腰かけて安静にしている被服者が
快適を感じ、かつ平均皮膚温度が３３℃を継続できるの
に必要な被服の熱絶縁値を表す（１ｃｌｏ＝０．１５５
ｍ²℃／Ｗ）。たとえば、夏期では０．５ｃｌｏ以下、
冬期では０．５ｃｌｏ以上と考えることができる。活動
量ｍはｍｅｔ値と称される（１ｍｅｔ値＝５８．２Ｗ／
ｍ²）。上記快適指標（ＰＭＶ）は、ＩＳＯ（国際標準
化機構）規格７７３０に基づくものである。

【００１８】ステップａ８では、求められた快適指標
（ＰＭＶ）が、−０．５≦ＰＭＶ≦＋０．５の範囲内で
あるかどうかが判断される。前記範囲内の場合は、ステ
ップａ９に進み、前記範囲外の場合はステップａ１０に
進む。ステップａ９では、空気調和手段２が記憶手段５
に記憶されている制御パターンに基づいて制御される。

【００１９】図３は、前記制御パターンである１／ｆゆ
らぎパターンの一例を示すグラフである。この制御パタ
ーンは、時間Ｔ１＝１２０分を１単位としている。この
制御パターンに基づいて、空気調和手段２の圧縮機１３
の運転周波数、あるいはファンモータ１４およびルーバ
モータ１５の回転数がそれぞれ制御される。１／ｆゆら
ぎパターンは、任意に設定されるパラメータの値を時系
列的に変化させるときの基準となるものであり、このパ
ターンに基づいて制御される周波数および回転数は、図
３に示されるように変化する。したがって、室内の温
度、湿度、気流の強弱、風向が１／ｆゆらぎパターンに
従って制御され、室内に居る使用者には常に異なる刺激
が与えられる。このため、使用者が与えられた環境に慣
れてしまう、いわゆる順化がなくなる。したがって、使
用者に常に快適な環境を提供することができる。周波数
や回転数が制御されると、空気調和機１の動作はステッ
プａ５に戻る。

【００２０】前記ステップａ８で快適指標（ＰＭＶ）
が、−０．５≦ＰＭＶ≦＋０．５の範囲外と判断された
場合には、ステップａ１０以後の動作によって圧縮機１
３の周波数やファンモータ１４の回転数が強制的に変更
され、快適指標（ＰＭＶ）を前記範囲内に近づける。こ
のときの動作を以下に説明する。

【００２１】ステップａ１０では、空気調和機１が暖房
状態であるかあるいは冷房状態であるかが判断される。
冷房状態のときはステップａ１１に進み、暖房状態のと
きはステップａ２０に進む。ステップａ１１では、前記
快適指標（ＰＭＶ）がＰＭＶ＜−０．５かあるいはＰＭ
Ｖ＞＋０．５かが判断される。ＰＭＶ＞＋０．５のと
き、すなわち冷房が弱くて暑いときにはステップａ１２
に進む。ＰＭＶ＜−０．５のとき、すなわち冷房が強く
て寒いときにはステップａ１６に進む。

【００２２】ステップａ１２では、カウンタがｎ＝ｎ＋
１となる。ステップａ１３では、冷房を強くするために
ファンモータ１４の回転数を増加させる。たとえば、回
転数を、１００ｒ．ｐ．ｍ．だけ増加させる。これによ
って、風量が増加し、室内温度が低くなる。ステップａ
１４では、前記カウンタのｎがｎ＞２かどうかが判断さ
れ、ｎ＞２のときはステップａ１５に進み、ｎ＞２でな
いときには、ステップａ５に戻る。ステップａ１５で
は、さらに冷房を強くするために圧縮機１３の周波数を
増加させる。たとえば、周波数を１０Ｈｚだけ増加させ
る。これによって、冷房の度合いが強くなり、流れ込む
風の温度が低下して、室内温度がさらに低くなる。ステ
ップａ１５の動作が終了すると、ステップａ５に戻る。

【００２３】ステップａ１６では、カウンタがｎ＝ｎ＋
１となる。ステップａ１７では、冷房を弱くするために
圧縮機１３の周波数を、たとえば１０Ｈｚだけ減少させ
る。これによって、冷房の度合いが弱くなり、流れ込む
風の温度が上昇して、室内温度が高くなる。ステップａ
１８では、前記カウンタのｎがｎ＞２かどうかが判断さ
れ、ｎ＞２のときはステップａ１９に進み、ｎ＞２でな
いときには、ステップａ５に戻る。ステップａ１９で
は、さらに冷房を弱くするためにファンモータ１４の回
転数を、たとえば１００ｒ．ｐ．ｍ．だけ減少させる。
これによって、風量が減少し、室内温度がさらに高くな
る。ステップａ１９の動作が終了すると、ステップａ５
に戻る。

【００２４】ステップａ２０では、暖房時において前記
快適指標（ＰＭＶ）がＰＭＶ＜−０．５かあるいはＰＭ
Ｖ＞＋０．５かが判断される。ＰＭＶ＞＋０．５のと
き、すなわち暖房が強くて暑いときにはステップａ２１
に進む。ＰＭＶ＜−０．５のとき、すなわち暖房が弱く
て寒いときにはステップａ２３に進む。

【００２５】ステップａ２１では、カウンタがｎ＝ｎ＋
１となる。ステップａ２２では、暖房を弱くするために
圧縮機１３の周波数を、たとえば１０Ｈｚだけ減少させ
る。これによって、暖房の度合いが弱くなり、流れ込む
風の温度が低下して、室内温度が低くなる。ステップａ
２２の動作が終了すると、前記ステップａ１８に進む。
暖房時においてもステップａ１８では、カウンタのｎが
ｎ＞２かどうかが判断され、ｎ＞２のときはステップａ
１９に進み、ｎ＞２でないときにはステップａ５に戻
る。ステップａ１９では、さらに暖房を弱くするために
ファンモータ１４の回転数を、たとえば１００ｒ．ｐ．
ｍ．だけ減少させる。これによって、風量が減少し、室
内温度がさらに低くなる。ステップａ１９の動作が終了
すると、冷房時と同様にステップａ５に戻る。

【００２６】ステップａ２３では、暖房を強くするため
に圧縮機１３の周波数を、たとえば１０Ｈｚだけ増加さ
せる。これによって、暖房の度合いが強くなり、流れ込
む風の温度が上昇して、室内温度が高くなる。ステップ
ａ２３の動作が終了すると、ステップａ５に戻る。

【００２７】上述した動作は、使用者によって空気調和
機１の運転の終了が指示されるまで行われる。

【００２８】なお、本実施例では、快適指標（ＰＭＶ）
が、−０．５≦ＰＭＶ≦＋０．５の範囲内であるときに
は、圧縮機１３の回転数、ファンモータ１４およびルー
バモータ１５の回転数が時間Ｔ１＝１２０分を１単位と
する１／ｆゆらぎパターンに従って制御され、快適指標
（ＰＭＶ）が前記範囲外のときには、ステップａ１０以
後の動作を行って快適指標（ＰＭＶ）が前記範囲内にな
るように強制的に周波数および回転数を制御するもので
ある。快適指標（ＰＭＶ）が前記範囲内になると、周波
数および回転数は前記１／ｆゆらぎパターンに従って制
御される。このとき、１／ｆゆらぎパターンによる制御
開始時からの時間が、たとえばタイマによって計測され
る。これによって、ステップａ１０以後の動作を行った
後に、再び１／ｆゆらぎパターンによる制御を行う場合
であっても、計測されている制御開始時からの時間を基
にして、その時点での１／ｆゆらぎパターンによる制御
を行うことができる。

【００２９】たとえば、図３に示される時刻ｔ１時に点
Ａでの制御が実施されていたときに快適指標（ＰＭＶ）
が前記範囲外であると判断されてステップａ１０に進ん
だとし、再びステップａ５に戻って快適指標（ＰＭＶ）
が前記範囲内であると判断された時刻がｔ２であるとす
ると、時刻ｔ２時の１／ｆゆらぎパターンである点Ｂか
らの制御が開始される。

【００３０】また、前述した使用者の活動量は次のよう
にして求められる。活動量検知手段１０を構成する広角
レンズを備えるＣＣＤカメラは、予め定められる一定の
時間Ｔ２毎に室内の状況を写し出す。得られた画像信号
は、画像処理手段１２に入力される。

【００３１】図４は、画像処理手段１２に入力される画
像を示す図である。図４（１）は、時刻ｔａ１時の画像
を示し、図４（２）は前記時間Ｔ２が経過した時刻ｔａ
２時の画像を示す。画像処理手段１２には、直交座標
（Ｘ，Ｙ）が設定されており、使用者１６の位置を判断
することができる。図４（１）に示されている時刻ｔａ
１時の画像内での使用者１６の位置は、たとえばその頭
の位置から（１，１）であると判断される。また、図４
（２）に示されている時刻ｔａ２時の画像内での使用者
１６の位置は、図４（１）と同じく、たとえばその頭の
位置から（３，１）であると判断される。すなわち、使
用者１６は、前記時間Ｔ２の間にＸ軸方向に２目盛分だ
け移動したことが判る。この時間Ｔ２あたりの移動量か
ら活動量が求められる。

【００３２】以上のように本実施例によれば、快適指標
（ＰＭＶ）を予め定められる範囲内に保ちながら、空気
調和手段２の圧縮機１３、ファンモータ１４、ルーバモ
ータ１５が１／ｆゆらぎパターンに基づいて制御され、
使用者には常に異なる刺激が与えられる。したがって、
使用者がその環境に慣れてしまう、いわゆる順化が生じ
ることはなくなる。このため、使用者に常に快適な環境
を提供することが可能となる。

【００３３】なお、本実施例では１／ｆゆらぎパターン
を用いる例について説明したけれども、１／ｆ²ゆらぎ
パターンと称される制御パターンを用いる例や、その他
の時系列的に変化する制御パターンを用いる例も本発明
の範囲に属するものである。

【００３４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、快適指標
を予め定められる範囲内に保ちながら、空気調和手段を
時系列的に変化する制御パターンに基づいて制御するた
め、空調空間内に居る使用者には常に異なる刺激が与え
られる。したがって、使用者が与えられた環境に慣れて
しまうことがなくなり、常に快適な環境を提供すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である空気調和機１の電気的
構成を示すブロック図である。

【図２】前記空気調和機１の動作を示すフローチャート
である。

【図３】１／ｆゆらぎパターンの一例を示すグラフであ
る。

【図４】画像処理手段１２に入力される画像を示す図で
ある。

【符号の説明】

１空気調和機２空気調和手段３演算制御手段４快適指標演算手段５記憶手段６温度検知手段７気流検知手段８輻射温度検知手段９湿度検知手段１０活動量検知手段１１着衣量検知手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松實孝友大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】空調空間の環境を制御する空気調和手段
と、前記空調空間の状態を検知する検知手段と、前記検知手段の検知結果に基づいて快適指標を算出する
快適指標演算手段と、時系列的に変化する制御パターンを記憶する記憶手段
と、前記快適指標を予め定められる範囲内に保ちながら、前
記空気調和手段を前記制御パターンに基づいて制御する
制御手段とを含むことを特徴とする空気調和機。