JPH102596A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】頭寒足熱の場合の上下温度差を容認し推進する
ことで快適性を保ちながら、効率よく暖房及び冷房運転
すること。 【解決手段】熱交換機４、空調ファン５、換気ファン
８、加熱コイル６、制御手段７を有する空気調和装置本
体１と、建築躯体にとりつけられた外気取り入れ口３
と、排気口１５と、空調空間２に設けられた室内吸い込
み口１６と、温風吹き出し口１４と、冷風吹き出し口１
３と、空調空間２の上下各温度をセンシングする上部セ
ンサ１１及び下部センサ１２とを主な構成とし、下部セ
ンサ１２でセンシングされた温度は上部センサ１１でセ
ンシングされた温度と比較され同じまたは高くなるよう
に制御手段７において温風吹き出し口１４からの風量及
び吹き出し温度や換気量が制御される制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は家庭用空気調和装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、建物の高断熱・高気密化が進む一
方で、換気不足による空気室環境の悪化がクローズアッ
プされてきた。さらに、換気時に外気を取り込むために
冬季は冷風による不快、夏季は温風による不快が生じ本
来快適であるはずの空調空間が不快にさらされるように
なる。そこで、熱交換器冷暖房ユニット（特開平6-2886
04参照）が発明され、常時換気を行うことができ、換気
不足に悩まされることなく、また換気を空気調和装置内
部にて行うために室内上層部と下層部の温度差を解消し
た。以下図を参照しつつ、この従来の空気調和装置につ
いて暖房を行う場合に限定して説明する。

【０００３】図１３はこの空気調和装置の設置を示す構
成図である。図１３において、空気調和装置本体１と、
室外機２０は配管にて接続され、前記空気調和装置本体
１の内部には熱交換器４と空調ファン５と制御手段７と
を有し、前記制御手段７は前記配管にとりつけたサーミ
スタ２１と接続し、前記制御手段７の制御は暖房サーモ
ＯＦＦに前記空調ファンを最弱ノッチにて運転させる制
御を設けている。

【０００４】次に上記従来装置の動作について概略を説
明する。外気取り入れ口３から取り込まれた外気は、熱
交換器４を通ることで室内空気吸い込み口１６から吸い
込まれた空調空間２の温められた空気と熱交換し、若干
温められて空調ファン５から吹き出し口１４より空調空
間２へ吹き出し、空調空間２を循環して、室内吸い込み
口１６より空気調和装置体１へ循環される。制御手段７
は空調ファン５をサーミスタ温度に関わらず最弱ノッチ
で作動するよう制御するため、常時吹き出し口１４から
は空気調和装置本体１から送風がなされ、サーモＯＦＦ
状態でも換気運転が行え、常時換気ができ、温度むらを
小さくする制御が行われる。

【０００５】暖房時ばかりでなく、冷房時にも同様の動
作をするため、換気、温度むらなどの問題を解決するよ
うに制御される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
空気調和装置において空気調和装置本体１の内部では外
気取り入れ口３から取り入れた外気と室内吸い込み口１
６から吸い込んだ空調空間２の空気とが合わさって、排
気口１５から外に出される空気と空調ファン５により空
調空間２に送風される空気に分かれるため、外気取り入
れ口３から、本来換気に必要な空気に対して過剰な空気
を取り入れる必要があり、過剰なファンの動力を使って
いることになる。これはファン５の動力にエネルギーを
要するばかりでなく、熱交換器４にも過剰な負担をか
け、その能力を落とすことで室外機の能力を高める必要
が生じ無駄な動力を使うことにもつながる。さらに、ユ
ーザーが採暖のため暖房時ならより暖かい空調を好んで
設定温度を上げた場合、室内を均一に温度を上げるより
も下部から温めてやることで頭寒足熱のより高い快適感
が得られるため、効率よく上質な採暖効果をユーザーに
感じさせることが可能になる。冷房時にも同様である。

【０００７】本発明はかかる従来の空調機器の課題に鑑
みてなされたもので、効率のよい換気と頭寒足熱の空調
空間を実現する空気調和装置を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決する空
気調和装置の制御手段は以下の構成からなる。外気取り
入れ口と熱交換器とファンと加熱コイルと制御手段を備
えた空気調和装置本体と空調空間の上下各温度を測定す
る上部センサ及び下部センサ、ユーザーが空調空間の設
定を入力するユーザーインターフェース部、空調空間の
壁部に設けられた冷風吹き出し口と温風吹き出し口、排
気口から構成され、前記下部温度センサでセンシングさ
れた温度は前記上部温度センサでセンシングされた温度
と比較して同じまたは高くなるように前記制御手段にお
いて前記冷風吹き出し口及び前記温風吹き出し口からの
風量及び吹き出し温度と前記各排気口が制御され、冬季
暖房時ユーザーが採暖効果を得たい場合には通常設定温
度に制御された上部温度に対して下部温度が高くなるよ
う制御し、その後温度差を小さくする制御を行う。

【０００９】上記構成に下部排気口及び冷却コイルを備
えることで夏季冷房も可能になる。即ち、前記上部温度
センサでセンシングされた温度は前記下部温度センサで
センシングされた温度と比較して同じまたは低くなるよ
うに前記制御手段において前記冷風吹き出し口及び前記
温風吹き出し口からの風量及び吹き出し温度と前記各排
気口が制御され、ユーザーが冷房効果を得たい場合には
通常設定温度に制御された下部温度に対して上部温度が
低くなるよう制御し、その後温度差を小さくする制御を
行う。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００１１】（実施の形態１）ここに、図１は本発明の
第１の実施の形態に係る空気調和装置の構成を説明する
構成図である。図中の番号は従来例と同じ機能の手段に
は従来図と同じ番号を用いる。本実施の形態の空気調和
装置は、暖房時に用いられ、熱交換器４、空調ファン
５、加熱コイル６、制御手段７、換気ファン８、排気フ
ァン９、フィルタ１７から成る空気調和装置本体１と、
前記空気調和装置本体１と配管によって接続された室外
機２０、空気調和装置本体１と配管によって接続され、
建築躯体にとりつけられた外気取り入れ口３及び排気口
１５、空気調和装置本体１と配管によって接続され空調
空間２にとりつけられた室内吸い込み口１６及び温風吹
き出し口１４及び冷風吹き出し口１３、空調空間２に設
けられ、センシングした温度を制御手段７に送信する通
信手段を有する上部センサ１１及び下部センサ１２、ユ
ーザーが空調空間の設定を入力するユーザーインターフ
ェース部１８を主な構成とする。

【００１２】外気取り入れ口３から取り入れた外気は熱
交換器４を通ることで温められ、フィルタ１７を通過
し、加熱コイル６により制御手段７からの命令に基づい
て温められ、空調ファン５により、本実施の形態では床
面からの高さ３０cmのところに設置された温風吹き出し
口１４から空調空間２に送風される。空調空間２を循環
した調和空気は室内吸い込み口１６から空気調和装置本
体１に吸い込まれ熱交換器４を通り冷外気と熱交換し、
排気ファン９の強度により排気口１５より外気に排出さ
れる空気とフィルタ１７を通過して循環する空気にわか
れる。フィルタ１７を通過した空気は外気取り入れ口３
からから取り入れた空気と混じって再び室内に送風され
る。外気の方が空調空間より低い場合でも暖房の必要が
ないと判断された場合には、加熱コイル６を通る必要が
なく空調ファン５を動作せず、高方、すなわち本実施の
形態では床面からの高さ１８０cmに設けた冷風吹き出し
口１３から換気ファン８により空調空間２に送風空気を
送風している。

【００１３】次に本発明の第１の実施の形態の動作を図
１の構成図及び図２のフローチャートを用いて説明す
る。ユーザーインターフェース部１８は暖房のｏｎまた
はｏｆｆを入力する手段と設定温度を入力する手段を備
える。

【００１４】ユーザーインターフェース部１８からの入
力が暖房モードであるときの制御手段７における動作か
ら説明する。

【００１５】図２は暖房が選択されているときの制御の
流れを示すフローチャートである。天井に設置された室
内吸い込み口１６に設置された上部センサ１１において
センシングし送信された上部温度をTupとし、床上２０c
mの壁面に設置された下部センサ１２においてセンシン
グし送信された下部温度をTloとし、そのときの空調の
設定温度をTdとする。

【００１６】センサ情報が上部センサ１１及び下部セン
サ１２から入力されるとステップ７０１で下部温度Tlo
が設定温度Tdに達しているかどうか確認され、設定温度
Tdに達している場合はステップ７０２において下部温度
Tloが上部温度Tupと同じまたは高くなっているか比較す
る。

【００１７】下部温度Tloが上部温度Tupと同じまたは高
くなっている場合にはステップ７０３において上部温度
Tupと設定温度Tdと比較し、上部温度Tupが設定温度Tdよ
りも低い場合はステップ７０５において、温度差が５℃
以上ついているのか算出し、温度差が５℃以上だった場
合にはステップ７０６において温風吹き出し口１４のル
ーバーを動的に制御し、床面に平行なデフォルトの設定
から角度をつけていく動作を繰り返すことで、温風吹き
出し口１４から送風される調和空気を上方に送風する。
これは頭寒足熱の状態であるので５℃程度の温度差の場
合には許容できることが実験により確認されているため
である（図８及び図９）。このときの空調空間内の空気
の流れとルーバーの向きを表した模式図を図４に示す。

【００１８】ステップ７０３において上部温度Tupが設
定温度Tdと同じまたは高い場合にはステップ７０４にお
いて下部温度Tloが設定温度Tdと等しくなるように空調
ファン５の回転数や加熱コイル６を通過する熱媒の量を
制御する。このときの空調空間内の空気の流れとルーバ
ーの向きを表した模式図を図３に示す。

【００１９】遡って、ステップ７０２において部温度Tl
oが上部温度Tupよりも低い場合には下部温度Tloは設定
温度Tdに達していることから上部温度が高すぎるため、
加熱コイルを通過しない冷風吹き出し口１３からの送風
量を大きくする必要がある。ここで、冷風吹き出し口１
３は空調空間上方に設けられているため、ルーバーの向
きが天井面と平行に近くなるよう制御すれば下方を冷却
してしまうことはなく、冷風吹き出し口１３が天井に設
けられた場合でもふく流吹き出し口等を用いることで下
方を冷却してしまうことはない。冷風吹き出し口１３か
らの送風量を大きくするためにステップ７０７において
換気ダンパの傾きをダクトに平行にし、換気ファン８の
回転数を上げる制御する。このときの空調空間内の空気
の流れとルーバーの向きを表した模式図を図５に示す。

【００２０】遡って、ステップ７０１において下部温度
Tloが設定温度Tdに達していなかった場合にはステップ
７０８において空調ファン５の回転数を大きくし加熱コ
イル６を通過する熱媒の量を大きくするよう制御し、ス
テップ７０９において上部温度Tupと設定温度Tdを比較
し、上部温度Tupの温度が設定温度Tdに達していない場
合にはステップ７１０において換気ダンパ１０の傾きを
ダクト方向に直行させ冷風吹き出し口１３からの送風を
一時中断する。さらに、ステップ７１１において外気温
度がTupよりも低い場合にはステップ７１２において排
気ファン９の回転数を最小にして自然換気に近い状態に
することで加熱コイルを通過する空気により低い外気の
占める割合を小さくする。このときの空調空間内の空気
の流れとルーバーの向きを表した模式図を図６に示す。
他方、ステップ７０９において、上部温度Tupの温度が
高い場合にはステップ７１３において換気ダンパ１０の
傾きをダクトに平行にして換気ファンの回転数を上げ、
冷風吹き出し口１３のルーバーの向きを天井面方向に制
御し送風する。このときの空調空間内の空気の流れとル
ーバーの向きを表した模式図を図７にしめす。

【００２１】ステップ７１４にて暖房運転のＯＦＦや設
定温度の変更等ユーザーインターフェース部１８からの
入力があるまで、時々刻々の上部センサ１１及び下部セ
ンサ１２情報を監視して動作を繰り返す。

【００２２】以上のように通常暖房時は下部温度Tloが
上部温度Tup以上であり下部温度が設定温度を下回らな
いように制御することで頭熱足寒のような温度むらによ
る不快な環境をつくらず、かつ均一に制御するよりも省
エネルギーの効果が期待できる。

【００２３】一方、暖房が選択されていないときには冷
風吹き出し口１３からの送風のみおこなうことで、換気
は常時行う。即ち、換気ダンパの傾きはダクトと平行に
することで開度を最も大きくし換気ファンのみ運転し、
空気が室内を循環するように冷風吹き出し口１３から送
風する。

【００２４】（実施の形態２）図１０は本発明の第２の
実施の形態に係る空気調和装置の構成を説明する構成図
である。図中の番号は実施の形態１と同じ機能のところ
は実施の形態１と同じ番号を用いる。本発明の空気調和
装置は、冷房時に用いられ、熱交換機４、空調ファン
５、冷却コイル２１、制御手段７、換気ファン８、排気
ファン９、フィルタ１７から成る空気調和装置本体１
と、前記空気調和装置本体１と配管によって接続された
室外機２０と、空気調和装置本体１と配管によって接続
され、建築躯体にとりつけられた外気取り入れ口３と、
下部排気口２２と、空気調和装置本体１と配管によって
接続され空調空間２にとりつけられた室内吸い込み口１
６と、温風吹き出し口１４と、冷風吹き出し口１３と、
空調空間２に設けられ、センシングした温度を制御手段
７に送信する通信手段を有する上部センサ１１及び下部
センサ１２と、ユーザーが空調空間の設定を入力するユ
ーザーインターフェース部１８とを主な構成とする。

【００２５】外気取り入れ口３から取り入れた外気は熱
交換器４を通ることで冷やされ、フィルタ１７を通過
し、冷却コイル２２により制御手段７からの命令に基づ
いて温められ、空調ファン５により、本実施の形態では
床面からの高さ１８０cmのところに設置された冷風吹き
出し口１３から空調空間２に送風される。空調空間２を
循環した調和空気は、室内吸い込み口１６から空気調和
装置本体１に吸い込まれ、熱交換器４を通り暖外気と熱
交換し、排気ファン９の強度により排気口１５より外気
に排出される空気とフィルタ１７を通過して循環する空
気にわかれる。

【００２６】フィルタ１７を通過した空気は外気取り入
れ口３からから取り入れた空気と混じって再び室内に送
風される。外気の方が空調空間より高い場合でも冷房の
必要がないと判断された場合には冷却コイル６を通る必
要がなく、空調ファン５を動作せず下方、すなわち本実
施の形態では床面からの高さ３０cmに設けた温風吹き出
し口１４から換気ファン８により空調空間２に送風空気
を送風している。

【００２７】次に、本発明の第２の実施の形態の動作を
図１０の構成図及び図１１のフローチャートを用いて説
明する。

【００２８】ユーザーインターフェース部１８は冷房の
ｏｎまたはｏｆｆを入力する手段と設定温度を入力する
手段を備える。ユーザーインターフェース部１８からの
入力が冷房モードであるときの制御手段７における動作
から説明する。図１１は冷房が選択されているときの制
御の流れを示すフローチャートである。床面に設置され
た室内吸い込み口１６に設置された下部センサ１２にお
いてセンシングし送信された下部温度をTlo、床上高さ
１８０cmの壁面に設置された上部センサ１１においてセ
ンシングし送信された上部温度をTup、そのときの空調
の設定温度をTdとする。

【００２９】センサ情報が上部センサ１１及び下部セン
サ１２から入力されるとステップ７２１で上部温度Tup
が設定温度Tdに達しているかどうか確認され、設定温度
Tdに達している場合はステップ７２２において上部温度
Tupが下部温度Tloと同じまたは低くなっているか比較す
る。上部温度Tupが下部温度Tloと同じまたは低くなって
いる場合にはステップ７２３において上下温度差が５℃
以上ついているか確認し、５℃以内の場合にはステップ
７２４において上部温度Tupが設定温度を維持できるよ
うに空調ファン５の回転数や冷却コイル２２を通過する
冷媒量を制御する。

【００３０】ステップ７２３において上下温度差が５℃
以上の場合はステップ７２５において冷風吹き出し口１
３のルーバーを動的に制御し、天井面に平行のデフォル
トの設定から角度をつけていく動作を繰り返すことで、
冷風吹き出し口１３から送風される調和空気を下方にも
送風する。これは頭寒足熱の状態であるので５℃程度の
温度差の場合には許容できることが実験により確認され
ているためである（図８及び図１２）。

【００３１】ステップ７２２において下部温度Tloが上
部温度Tupより低くなっている場合は下部が低くなりす
ぎているため、ステップ７２６において冷却コイル２２
を通過しない温風吹き出し口１４からの送風量を大きく
する必要がある。そのため、換気ダンパ１０の傾きをダ
クトに平行にし、換気ファン８の回転数を上げる制御を
する。

【００３２】他方、ステップ７２１において上部温度Tu
pが設定温度Tdよりも高かった場合、ステップ７２７に
おいて空調ファン５の回転数を大きくし冷却コイル２２
を通過する熱媒の量を大きくするよう制御し、ステップ
７２８において下部温度Tloと設定温度Tdを比較する。
下部温度Tloの温度が設定温度Tdに達している場合には
ステップ７２９において冷風吹き出し口１３のルーバー
を天井面と平行に設定し、換気ダンパ１０の傾きをダク
トに平行に制御する。

【００３３】ステップ７３０にて冷房運転のＯＦＦや設
定温度の変更等ユーザーインターフェース部からの入力
があるまで時事刻刻の上部センサ１１及び下部センサ１
２情報を監視して動作を繰り返す。

【００３４】以上のように通常冷房時は下部温度Tloが
上部温度Tup以上であり上部温度が設定温度を上回らな
いように制御することで頭熱足寒のような温度むらによ
る不快な環境をつくらず、かつ均一に制御するよりも省
エネルギーの効果が期待できる。ない効果がある。

【００３５】冷房が選択されていないときには温風吹き
出し口１４からの送風のみおこなうことで、換気は常時
行う。即ち、換気ダンパの傾きはダクトと平行にするこ
とで開度を最も大きくし換気ファンのみ運転し、空気が
室内を循環するように温風吹き出し口１４から送風す
る。

【００３６】なお、実施の形態１で説明した暖房装置と
実施の形態２で説明した冷房装置を合わせて冷暖併用の
空調装置にすることもできる。この場合は、空調ファン
５から送風される調和空気と、換気ファンから送風され
る送風空気の吹き出し口を切り替えることが可能なダン
パまたは弁などの手段を設ける。

【００３７】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明によればファンの動力を最小限にした常時換気シ
ステムが得られ、頭寒足熱の空調環境を提供できる。

【００３８】また快適な空調環境を効率よく立ち上げる
ことで熱源の動力の最小化にもつながり省エネルギー化
をはかれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の一実施の形態を示す空気調和装
置の構成図

【図２】本発明の第一の一実施の形態を示す空気調和装
置の制御手段のフローチャート

【図３】本発明の第一の一実施の形態である空気調和装
置で制御したときの空調空間内の空気の流れとルーバー
の向きを表した模式図

【図４】本発明の第一の一実施の形態である空気調和装
置で制御したときの空調空間内の空気の流れとルーバー
の向きを表した模式図

【図５】本発明の第一の一実施の形態である空気調和装
置で制御したときの空調空間内の空気の流れとルーバー
の向きを表した模式図

【図６】本発明の第一の一実施の形態である空気調和装
置で制御したときの空調空間内の空気の流れとルーバー
の向きを表した模式図

【図７】本発明の第一の一実施の形態である空気調和装
置で制御したときの空調空間内の空気の流れとルーバー
の向きを表した模式図

【図８】全身温冷感が中立付近のときの上下温度差と不
快感の関係

【図９】暖房時の上下温度差のある空間の快適温度条件

【図１０】本発明の第二の一実施の形態を示す空気調和
装置の構成図

【図１１】本発明の第二の一実施の形態を示す空気調和
装置の制御手段のフローチャート

【図１２】冷房時の上下温度差のある空間の快適温度条
件

【図１３】従来例の空気調和装置の構成図

【符号の説明】

１ 空気調和装置本体 ２ 空調空間 ３ 外気取り入れ口 ４ 熱交換器 ５ 空調ファン ６ 加熱コイル ７ 制御手段 ９ 換気ファン １１ 上部センサ １２ 下部センサ １３ 冷風吹き出し口 １４ 温風吹き出し口 １５ 排気口 ２２ 冷却コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 児玉 久 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも熱交換器、空調ファン、換気
   ファン、加熱コイル、制御手段を有する空気調和装置本
   体と、外気取り入れ口と、空調空間の上下各温度を測定
   する上部センサ及び下部センサと、ユーザーが空調空間
   の設定を入力するユーザーインターフェース部と、空調
   空間の壁部または天井に設けられた冷風吹き出し口と、
   前記冷風吹き出し口の設けられた位置よりも下方に設け
   られた温風吹き出し口と、排気口とを備え、前記下部温
   度センサでセンシングされた温度を前記上部温度センサ
   でセンシングされた温度と比較して同じまたは高くなる
   ように、前記制御手段において前記冷風吹き出し口から
   の風量、前記温風吹き出し口からの風量、吹き出し温
   度、前記排気口の全部又は一部が制御され、暖房時、通
   常設定温度に制御された上部温度に対して下部温度が高
   くなるよう制御し、その後温度差を小さくする制御を行
   うことを特徴とする空気調和装置。
2. 【請求項２】 熱交換器、空調ファン、換気ファン、冷
   却コイル、制御手段を有する空気調和装置本体と、外気
   取り入れ口と、空調空間の上下各温度を測定する上部セ
   ンサ及び下部センサと、ユーザーが空調空間の設定を入
   力するユーザーインターフェース部と、空調空間の壁部
   または天井に設けられた冷風吹き出し口と、前記冷風吹
   き出し口の設けられた位置よりも下方に設けられた温風
   吹き出し口と、排気口とを備え、前記上部温度センサで
   センシングされた温度を前記下部温度センサでセンシン
   グされた温度と比較して同じまたは低くなるように、前
   記制御手段において前記冷風吹き出し口からの風量、前
   記温風吹き出し口からの風量、吹き出し温度、前記下部
   排気口の全部又は一部が制御され、冷房時、通常設定温
   度に制御された下部温度に対して上部温度が低くなるよ
   う制御し、その後温度差を小さくする制御を行うことを
   特徴とする空気調和装置。