JPWO2018154660A1 - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

上下方向に温度差のある温度分布を簡潔な構成で効率的に形成可能で、人の温熱的快適性及び気流快適性を維持しつつ人の作業効率向上を支援可能な空気調和装置を提供する。このため、空気調和装置は、吸込口及び吹出口が形成された筐体の内部に設けられ、吸込口から吸い込まれた空気と熱交換して調和空気を生成する熱交換器と、筐体に設けられ吸込口から空気を吸い込み吹出口から調和空気を吹き出す空気流を生成するとともに吹出口から吹き出す調和空気の風向を変更可能な送風機構と、予め設定された検出範囲内の人を検出する人検出手段と、人の作業状態を検出する作業状態検出手段と、人検出手段の検出結果及び作業状態検出手段の検出結果に応じて、送風機構を制御する制御手段と、を備え、人が作業中である場合に当該人の上部に向けて第１の風速で送風し、当該人の下部に向けて第１の風速と異なる第２の風速で送風する。

Description

この発明は、空気調和装置に関するものである。

空気調和装置において、人体から放射される赤外線を検知することにより人の在否を検知する赤外線センサにより構成された人感センサユニットの検知信号に基づいて、上下風向変更羽根の下羽根と上羽根との間隔を調整することにより、室内機の吹出口から吹き出される空気を上部空間と下部空間に向けるように分配し、当該分配される空気の風量を調整し、空調すべき室内における上部空間と下部空間の温度差を所望の値にコントロールしようとするものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

日本特開２０１４−０３１８９５号公報

このように、特許文献１に示されるような空気調和装置においては、上下風向変更羽根の下羽根と上羽根との間隔を変えることで上部空間と下部空間とに送る風の風量を変えて上部空間と下部空間の温度差を形成しようとするものである。しかしながら、送風量を変えるだけでは大きな温度差を形成することが難しい。上部空間と下部空間とで必要なだけの温度差を形成する際に、温熱的快適性及び気流快適性の一方又は両方が犠牲になるおそれがある。

この発明は、このような課題を解決するためになされたものである。その目的は、上下方向に温度差のある温度分布を簡潔な構成で効率的に形成することができ、人の温熱的快適性及び気流快適性を維持しつつ、人の作業効率向上を支援することが可能である空気調和装置を得ることにある。

この発明に係る空気調和装置は、吸込口及び吹出口が形成された筐体と、前記筐体の内部に設けられ、前記吸込口から吸い込まれた空気と熱交換して調和空気を生成する熱交換器と、前記筐体に設けられ、前記吸込口から空気を吸い込み前記吹出口から調和空気を吹き出す空気流を生成するとともに、前記吹出口から吹き出す調和空気の風向を変更可能な送風機構と、予め設定された検出範囲内の人を検出する人検出手段と、人の作業状態を検出する作業状態検出手段と、前記人検出手段の検出結果及び前記作業状態検出手段の検出結果に応じて、前記送風機構を制御する制御手段と、を備え、人が作業中である場合に当該人の上部に向けて第１の風速で送風し、当該人の下部に向けて前記第１の風速と異なる第２の風速で送風する。

この発明に係る空気調和装置においては、上下方向に温度差のある温度分布を、簡潔な構成で効率的に形成することができ、人の温熱的快適性及び気流快適性を維持しつつ、人の作業効率向上を支援することが可能であるという効果を奏する。

この発明の実施の形態１に係る空気調和装置の外観斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る空気調和装置の縦断面図である。 この発明の実施の形態１に係る空気調和装置が備える人体センサの検出範囲を説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る空気調和装置の制御系統の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る空気調和装置の制御装置の機能的な構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る空気調和装置からの気流と人との関係の一例を説明する模式図である。 この発明の実施の形態１に係る空気調和装置の動作の流れを示すフロー図である。 この発明の実施の形態１に係る空気調和装置の運転モードと温度設定の一例を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る空気調和装置からの気流と人との関係の別例を説明する模式図である。

この発明を実施するための形態について添付の図面を参照しながら説明する。各図において、同一又は相当する部分には同一の符号を付して、重複する説明は適宜に簡略化又は省略する。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

実施の形態１．
図１から図９は、この発明の実施の形態１に係るもので、図１は空気調和装置の外観斜視図、図２は空気調和装置の縦断面図、図３は空気調和装置が備える人体センサの検出範囲を説明する図、図４は空気調和装置の制御系統の構成を示すブロック図、図５は空気調和装置の制御装置の機能的な構成を示すブロック図、図６は空気調和装置からの気流と人との関係の一例を説明する模式図、図７は空気調和装置の動作の流れを示すフロー図、図８は空気調和装置の運転モードと温度設定の一例を示す図、図９は空気調和装置からの気流と人との関係の別例を説明する模式図である。

この発明の実施の形態１における空気調和装置１００は、例えば、空気調和機の室内機である。したがって、空気調和装置１００は、室内の壁面又は天井面に設置されている。ここでは、空気調和装置１００は、室内の壁面に設置されているとする。

図１及び図２に示すように、空気調和装置１００は、筐体１１０を備えている。空気調和装置１００の筐体１１０は、横長で前面から下面にかけては滑らかな曲面となった略直方体状に形成されている。筐体１１０の上面部には、吸込口１１１が形成されている。吸込口１１１は、外部から筐体１１０の内部に空気を取り込むための開口である。筐体１１０の前面下部には、吹出口１１２が形成されている。吹出口１１２は、筐体１１０の内部から外部へと空気を排出するための開口である。筐体１１０の前面上部は、前面パネル１１３に覆われている。

吹出口１１２には、上下風向板１３１、１３２、１４１、１４２が設けられている。これらの上下風向板は、吹出口１１２から吹き出す空気の上下方向の吹き出し角度を調整するためのものである。

上下風向板は、空気調和装置１００の正面に向かって手前側と奥側とにそれぞれ設置されている。また、手前側と奥側の各上下風向板は、それぞれ左右に分割されている。すなわち、手前側の上下風向板は、空気調和装置１００の正面に向かって左側の左手前側上下風向板１３１と、右側の右手前側上下風向板１３２とに分割されている。また、奥側の上下風向板は、空気調和装置１００の正面に向かって左側の左奥側上下風向板１４１と、右側の右奥側上下風向板１４２とに分割されている。

それぞれの上下風向板が左右に分割される位置は、空気調和装置１００の正面に向かって長手方向（吹出口１１２の左右方向）のほぼ中央である。左手前側上下風向板１３１と右手前側上下風向板１３２との間には、僅かな隙間が形成されている。同様に、左奥側上下風向板１４１と右奥側上下風向板１４２との間にも、僅かな隙間が形成されている。

左手前側上下風向板１３１、右手前側上下風向板１３２、左奥側上下風向板１４１及び右奥側上下風向板１４２は、それぞれ、吹出口１１２の左右方向に細長く延びた板状の部材である。また、これらの上下風向板１３１、１３２、１４１、１４２は、それぞれ、長手方向に垂直な断面が円弧状となるように湾曲している。

上下風向板１３１、１３２、１４１、１４２は、それぞれが図示しない支持腕を介して筐体１１０に取り付けられている。それぞれの支持腕は筐体１１０に対して回転可能に取り付けられている。各支持腕が筐体１１０に対して回転することで、それぞれの上下風向板の向きを変えることができるようになっている。そして、上下風向板の向きを変えることで、空気調和装置１００は、送風方向を上下に変更可能である。

上下風向板のそれぞれの支持腕は、上下風向板用ステッピングモータの駆動により角度を調節できるように設けられている。具体的にここでは、左手前側上下風向板１３１及び左奥側上下風向板１４１の向きが、左側上下風向板用ステッピングモータ１６１により変更される。右手前側上下風向板１３２及び右奥側上下風向板１４２の向きが、右側上下風向板用ステッピングモータ１６２により変更される。

このようにして、吹出口１１２の左側から吹き出す空気の上下方向の吹き出し角度（送風方向）と、吹出口１１２の右側から吹き出す空気の上下方向の吹き出し角度（送風方向）とは、別々に調整することができる。なお、左側上下風向板用ステッピングモータ１６１及び右側上下風向板用ステッピングモータ１６２は、図１及び図２では図示を省略している。

吹出口１１２における上下風向板１３１、１３２、１４１、１４２の奥側には、左右風向板１５０が設けられている。左右風向板１５０は、吹出口１１２から吹き出す空気の左右方向の吹き出し角度を調整するためのものである。左右風向板１５０は、空気調和装置１００の正面に向かって長手方向（吹出口１１２の左右方向）にわたって並べられた複数の板材により構成されている。左右風向板１５０は、上下風向板１３１、１３２、１４１、１４２と同様に、左右風向板用ステッピングモータ１６３（図１及び図２では図示省略）の駆動により角度を調節できるようにして取り付けられている。

筐体１１０の内部には、吸込口１１１から吹出口１１２へと通じる風路が形成されている。風路における吸込口１１１の風下側には、熱交換器１２１が設置されている。熱交換器１２１は、風路を流れる空気と熱交換して、風路を流れる空気を加熱又は冷却する。空気を加熱するか冷却するかは、空気調和装置１００が暖房運転であるか冷房運転であるかによる。具体的には、暖房運転時には熱交換器１２１は空気を加熱する。一方、冷房運転時には熱交換器１２１は空気を冷却する。

熱交換器１２１は、風路を流れる空気を加熱又は冷却することで、当該空気の温度、湿度等を調整し、調和空気を生成する。熱交換器１２１は、このようにして、吸込口１１１から吸い込まれた空気と熱交換して調和空気を生成する。なお、暖房運転時には、調和空気として温風が生成され、冷房運転時には、調和空気として冷風が生成される。

風路における熱交換器１２１の風下側には、送風ファン１２２が設置されている。送風ファン１２２は、吸込口１１１から吹出口１１２へと向かう空気流を風路中に生成するためのものである。

送風ファン１２２が動作すると、吸込口１１１から吹出口１１２へと向かう空気流が風路中に生成され、吸込口１１１から空気が吸い込まれ、吹出口１１２から空気が吹き出される。吸込口１１１から吸い込まれた空気は、空気調和装置１００の内部の風路を、熱交換器１２１、送風ファン１２２の順に通過する空気流となり、吹出口１１２から吹き出す。この際、送風ファン１２２の風下側に配置された上下風向板１３１、１３２、１４１、１４２及び左右風向板１５０により、吹出口１１２から吹き出される風の方向（送風方向）が調整（変更）される。

送風ファン１２２、上下風向板１３１、１３２、１４１、１４２、左右風向板１５０、上下風向板用ステッピングモータ１６１、１６２、及び、左右風向板用ステッピングモータ１６３は、筐体１１０に設けられた送風機構を構成している。このように構成された送風機構は、吸込口１１１から空気を吸い込み、吹出口１１２から調和空気を吹き出す空気流を生成するとともに、吹出口１１２から吹き出す調和空気の風向を変更可能である。

また、送風機構と熱交換器１２１とで、調和空気送風部が構成されている。このように構成された調和空気送風部は、空気調和装置１００が設置された室内に調和空気を送風する。

空気調和装置１００の前面中央には、人体センサ１７０が取り付けられている。ただし、人体センサ１７０の取付位置は、空気調和装置１００の前面中央に限られない。人体センサ１７０を、例えば、筐体１１０の左側又は右側の端部等に取り付けるようにしてもよい。

人体センサ１７０は、例えば、上下方向に並べた複数の赤外線センサ（受光素子）を備えている。ここでは、人体センサ１７０は例えば８個の赤外線センサ（受光素子）を備えているとする。これら８個の赤外線センサのそれぞれは、赤外線の受光及び温度の検出を個別に実行可能な検出素子である。これらの赤外線センサ（受光素子）は、例えば、図３に示すように、円筒状の金属缶１７１の内部に上下方向に直線状に並んで配置されている。これにより、人体センサ１７０は、室内の温度を互いに高さが異なる８個のエリアに区分して検出する機能を備えている。

これら８個の赤外線センサのそれぞれの検出範囲は、図３に示すように、互いに大きさが等しい四角形状のエリアとして設定されている。また、１個の赤外線センサの配光視野角は、例えば上下方向における縦配光視野角が７°に設定され、左右方向の横配光視野角が８°に設定されている。

それぞれの赤外線センサの配光視野角を合わせた人体センサ１７０全体の配光視野角１７３は、上下方向に細長いエリアとして設定されている。なお、それぞれの赤外線センサの配光視野角（検出範囲）は、同じ形状、同じ大きさでなくともよい。また、縦配光視野角及び横配光視野角の具体的な値についても、前述した例示に限定されるものではない。さらに、赤外線センサ（受光素子）の個数は８個に限定されるものではなく、人体センサ１７０は、７個以下または９個以上となる任意の個数の赤外線センサ（受光素子）を備えるようにしてもよい。

そして、人体センサ１７０は、センサ用ステッピングモータ１７２（図１及び図２では図示省略）により上下に並んだ複数の赤外線センサを、予め設定された角度範囲内において左右に向きを変えることができる。このようにすることで、上下に並んだ複数の赤外線センサのそれぞれを左右方向に走査させて、空気調和装置１００前方の予め設定された検出範囲（以下、「温度検出対象範囲」という）内について表面温度を検出することができる。

人体センサ１７０は、このような構成により、温度検出対象範囲内を走査して当該範囲内の表面温度分布（熱画像）を非接触で取得する。人体センサ１７０の検出結果、すなわち、人体センサ１７０により取得した表面温度分布（熱画像）データを、後述する制御装置１８０等で処理することで、例えば背景との温度差から、室内における人を含む熱源の有無及びその位置、人体の表面温度、人の身体の部位（肌の露出部と非露出部、頭部等）等を検出することができる。

また、人体センサ１７０の検出結果に基づいて、室内の人の体感温度も得ることができる。この場合、肌を露出している人体ほど体感温度を検出しやすい。なお、人体センサ１７０に用いる受光素子の画素数が多いほど、人体センサ１７０の検出精度は高くなる。具体的に例えば、３０画素以上の画素数を有する受光素子を用いれば、室内の人の位置及び人体センサ１７０から当該人までの距離を精度よく検出することができる。

人体センサ１７０は、温度検出対象範囲を左右に走査しながら温度検出対象の温度を検出する。なお、ここでの左右は、空気調和装置１００側から見た場合の左右である。室内の壁及び床の熱画像データ（温度分布データ）を取得する場合、例えば、人体センサ１７０の向きをセンサ用ステッピングモータ１７２により左右方向に動かし、センサ用ステッピングモータ１７２の回転（すなわち、人体センサ１７０の向きの回転）を一定角度毎に一定時間だけ停止させる。この際の一定角度は例えば１〜５°とする。また、この際の一定時間は例えば０．１〜０．２秒とする。そして、人体センサ１７０の向きの変更を停止した後、前記の一定時間（０．１〜０．２秒）よりも短い時間だけ待って、人体センサ１７０の８個の受光素子の検出結果（熱画像データ）を取り込む。

人体センサ１７０による検出結果の取り込み終了後、再びセンサ用ステッピングモータ１７２を前記一定角度だけ回転して再度停止し、同様の動作で人体センサ１７０の検出結果（熱画像データ）を取り込む。このような動作を繰り返し行って、検出範囲内における左右方向の例えば９０〜１００箇所で人体センサ１７０の検出結果を取得する。そして、取得した人体センサ１７０の検出結果から、温度検出対象範囲の熱画像データ（温度分布データ）を得ることができる。

人体センサ１７０の検出範囲は、奥行き方向において、赤外線センサ（受光素子）の個数（ここでは８）と等しい複数の領域に区分されている。すなわち、室内の空間は、奥行き方向において、各受光素子の配光視野角に対応する８個の領域に区分されている。そして、区分された個々の領域の広さは、配光視野角の上下方向の広がり角度に応じて設定される。

人体センサ１７０の最も下側の受光素子は、空気調和装置１００に最も近い手前側の領域における人体を検出する。そして、人体センサ１７０の上側の受光素子ほど、遠方の領域における人体を検出するように構成されている。

人体センサ１７０の左右方向における検出範囲は例えば、センサ用ステッピングモータ１７２により人体センサ１７０を完全に１回転させることができるように構成し、検出範囲を３６０°に設定してもよい。また、人体センサ１７０を他のステッピングモータ等により上下方向にもスイングさせるようにしてもよい。人体センサ１７０の向きを上下方向にも変えることができるようにすることで、水平方向だけでなく上下方向についても詳細な熱画像データを取得することができる。

なお、人体センサ１７０は、赤外線センサと、他の検出機器を併用する構成としてもよい。具体例を挙げると、カメラ、超音波センサ等を用いて人体の位置、形状及び人体までの距離を検出する構成としてもよい。すなわち、人体センサ１７０として、赤外線センサの他に、例えば、物体を検出可能な超音波センサをさらに備えるようにしてもよい。このようにすることで、人体センサ１７０による人体の位置及び距離の検出精度を向上させることができる。又は、フレネルレンズを用いた焦電センサを用いて、室内の左右方向及び空気調和装置１００からみた奥行き方向（前後方向）における人体の位置を検出する構成としてもよい。

次に、図４を参照しながら、空気調和装置１００の制御系統の構成について説明する。空気調和装置１００は、制御装置１８０、入力表示部１９０及び生体情報センサ２００を備えている。制御装置１８０は、例えばマイクロコンピュータ等を備えた電気回路により構成されている。制御装置１８０がマイクロコンピュータを備えている場合、制御装置１８０は、プロセッサ１８１及びメモリ１８２を備えている。メモリ１８２には、制御用のプログラムが記憶されている。プロセッサ１８１は、メモリ１８２に記憶されているプログラムを読み出して実行する。

プロセッサ１８１が制御用のプログラムを実行することで、制御装置１８０は予め設定された処理を実行して空気調和装置１００の動作を制御する。また、特に、メモリ１８２に記憶されているプログラムをプロセッサ１８１が実行することで、後述する人体検出部１８３、作業状態判定部１８４及び送風制御部１８５の各部の機能が実現される。

制御装置１８０の入力側には、人体センサ１７０及び生体情報センサ２００等を含むセンサ系統が接続されている。制御装置１８０の出力側には、送風ファン１２２、左側上下風向板用ステッピングモータ１６１、右側上下風向板用ステッピングモータ１６２、左右風向板用ステッピングモータ１６３、センサ用ステッピングモータ１７２等を含む各種のアクチュエータが接続されている。

入力表示部１９０は、使用者が各種の設定値を入力するためのものであるとともに、使用者に対し各種の情報を表示するためのものである。入力表示部１９０は、例えば、リモートコントローラ（リモコン）等である。入力表示部１９０は、制御装置１８０と相互通信可能に接続されている。使用者は、入力表示部１９０を操作することにより、電源のＯＮ／ＯＦＦ、暖房運転と冷房運転の切換、温度、風向、風量等の設定等を行うことができる。また、入力表示部１９０は、各種情報を表示する例えば液晶ディスプレイを備えている。入力表示部の液晶ディスプレイには、例えば、運転モード、温度、風向、風量等の設定内容が表示される。

生体情報センサ２００は、人の生体情報を取得する生体情報取得手段である。生体情報センサ２００が取得する人の生体情報の具体例としては、人の呼吸、脳波、心拍リズム、交感神経と副交感神経のバランス特徴、視点距離、瞳孔経又はまばたき回数等が挙げられる。なお、生体情報センサ２００は、空気調和装置１００自体が備えている必要はない。生体情報センサ２００として外部の機器が有するものを利用するようにしてもよい。

制御装置１８０は、センサ系統及び入力表示部１９０からの入力に基づいて各アクチュエータを駆動し、空気調和装置１００の動作を制御する。制御装置１８０により実行される制御には、例えば、冷房運転、暖房運転、送風動作、人体センサ１７０の走査動作等の制御が含まれる。すなわち、制御装置１８０は、例えば、人体センサ１７０の検出結果と生体情報センサ２００の検出結果とに応じた前記送風機構の制御等を行う。

図５に示すように、制御装置１８０は、人体検出部１８３、作業状態判定部１８４及び送風制御部１８５を備えている。人体検出部１８３は、人体センサ１７０の検出結果に基づいて、人体センサ１７０の温度検出対象範囲内に存在する人体を検出する。人体の検出は、例えば、人体センサ１７０により検出された表面温度が予め設定された基準温度以上の各領域の形状、分布（相対位置関係）、面積等を用いて行うことができる。この際の基準温度は、人の体温を考慮して具体的に例えば３０℃等に設定される。このようにして、人体センサ１７０及び人体検出部１８３は、予め設定された検出範囲内の人を検出する人検出手段を構成している。

また、人検出手段は、人を検出するのみならず、検出した人の各部位も検出することができる。特に人検出手段は、少なくとも、検出した人の上部と下部とを特定することができる。人の上部とは、当該人の顔周辺を含む上半身側の部分である。人の下部とは、当該人の足周辺を含む下半身側の部分である。人検出手段が、人の上部及び下部を特定する際には、まず、人体の全体の形状を特定した後に、人体の全体の形状から人体の一部を特定するようにしてもよいし、直接的に人体の一部を特定するようにしてもよい。

人体の全体の形状を特定する場合には、まず、人体が存在する領域を特定する。人体が存在する領域は、例えば、表面温度が一定温度以上の各領域の形状、分布（相対位置関係）、面積、各領域の温度の相対的な大小関係等を用いて特定することができる。

また、人体の全体の形状を特定する場合に、人体が存在する領域全体を一度に特定してもよいし、人体が存在する領域を、当該人体の部位毎に個別に特定してもよい。人体の部位毎に存在する領域を個別に特定する場合、例えば、人体の頭部、胸部、腕部、上脚部、下脚部、手及び足の各部位について、各部位が存在する領域をそれぞれ特定する。なお、ここでいう「手」とは、手首よりも先端側の部分を指している。また、ここでいう「足」とは、足首よりも先端側の部分を指している。

この際、特に、人体センサ１７０より検出された表面温度が予め設定された温度以上である部分を、当該人体の頭部、胸部及び腹部の少なくともいずれかが存在する領域として特定するようにしてもよい。また、人体の各部位が存在する領域を特定する際に、それぞれの部位の温度、位置及び着衣状態についても特定するようにしてもよい。「着衣状態」とは、当該部位の肌が衣服等により覆われているのか、それとも露出されているのかに関する状態のことである。

なお、人体センサ１７０として表面温度を検出する赤外線センサに加えて超音波センサも備えている場合には、赤外線センサの検出結果及び超音波センサの検出結果に基づいて、人体を検出し、検出した人体が存在する領域を特定するようにするのがよい。また、赤外線センサに加えて可視画像検出センサも備えている場合には、赤外線センサの検出結果及び可視画像検出センサの検出結果に基づいて、人体を検出し、検出した人体が存在する領域を特定するようにするのがよい。または、可視画像検出センサのみの情報に基づいて人体が存在する領域を特定するのでもよい。

作業状態判定部１８４は、生体情報取得手段である生体情報センサ２００が取得した生体情報に基づいて人の作業状態を判定する。具体的に例えば、生体情報として脳波を取得する場合、勉強、事務作業等の情報処理作業中には脳波が安静時から変化するため、このような脳波の変化を捉えることで、人の作業状態を判定することができる。また、生体情報として呼吸を取得する場合、集中している際は呼吸が一定になる等の変化が現れるため、このような呼吸の変化を捉えることで、人の作業状態を判定することができる。他の生体情報、例えば、心拍リズム、交感神経と副交感神経のバランス特徴、視点距離、瞳孔経、まばたき回数等を用いる場合も同様である。すなわち、人が作業状態にあるときとないときとでは、これらの生体情報に変化が見られるため、そのような生体情報の変化を捉えることで、人の作業状態を判定することが可能である。このようにして、生体情報センサ２００及び作業状態判定部１８４は、人の作業状態を検出する作業状態検出手段を構成している。

なお、作業状態検出手段は、以上で説明したような生体情報センサ２００を備えたものに限られない。他に例えば、作業状態判定部１８４は、人検出手段が検出した人の位置が予め設定された特定範囲内であるか否かに応じて、当該人の作業状態を判定するようにしてもよい。この場合、具体的に例えば、前記特定範囲として作業用の机等がある場所を予め設定しておく。そして、人検出手段が検出した人の位置がこの特定範囲内である場合に、作業状態判定部１８４は当該人が作業中であると判定する。

また、他に例えば、作業状態判定部１８４は、人検出手段が検出した人の姿勢に基づいて、当該人の作業状態を判定するようにしてもよい。この場合、具体的に例えば、空気調和装置１００が書斎等に設置されていれば、人検出手段が検出した人の姿勢が着座姿勢である場合、作業状態判定部１８４は当該人が作業中であると判定する。また、例えば、空気調和装置１００がキッチン等に設置されていれば、人検出手段が検出した人の姿勢が立位姿勢である場合、作業状態判定部１８４は当該人が作業中であると判定する。

また、他に例えば、使用者がリモコンに直接に当人の作業状態を入力できるようにしてもよい。この場合、具体的に例えば、リモコンには、作業の開始と終了を入力できるようにしておく。そして、作業状態判定部１８４は、リモコンに作業開始が入力された後、作業終了が入力されるまでの間、当該使用者は作業中であると判定する。

送風制御部１８５は、人体検出部１８３の検出結果及び作業状態判定部１８４の判定結果に応じて、前記送風機構を制御する制御手段である。特に、送風制御部１８５は、前記送風機構を制御して、人が作業中である場合に当該人の上部に向けて第１の風速で送風させる（図６の矢印Ａ）。また、同時に、当該人の下部に向けて第２の風速で送風させる（図６の矢印Ｂ）。第２の風速は、第１の風速と異なる風速である。

前述したように、この実施の形態１に係る空気調和装置１００の前記送風機構は、吹出口１１２の左側から吹き出す空気の上下の送風方向と、吹出口１１２の右側から吹き出す空気の上下の送風方向とを、別々に調整することができる。したがって、吹出口１１２の左右の一方の側から人の上部に向けて送風し、他方の側から当該人の下部に向けて送風することができる。

また、この際、吹出口１１２の右側と左側とで風向板の絞り角度を異ならせることで、人の上部に向けた風の速度と、人の下部に向けた風の速度とを異ならせることができる。吹出口１１２の左側の風向板の絞り角度とは、左手前側上下風向板１３１と左奥側上下風向板１４１とがなす角度である。吹出口１１２の右側の風向板の絞り角度とは、右手前側上下風向板１３２と右奥側上下風向板１４２とがなす角度である。

すなわち、前記送風機構は、左手前側上下風向板１３１と左奥側上下風向板１４１とからなる第１の風向板の組と、右手前側上下風向板１３２と右奥側上下風向板１４２とからなる第２の風向板の組とを備えている。そして、送風制御部１８５は、人が作業中である場合に、第１の風向板の組及び第２の風向板の組のうち一方の組を第１の上下向きにし、他方の組を第１の上下向きとは異なる第２の上下向きにするとともに、第１の風向板の組のなす角度を第１の角度にし、第２の風向板の組のなす角度を第１の角度とは異なる第２の角度にする、と言い換えることができる。

具体的に例えば、左手前側上下風向板１３１及び左奥側上下風向板１４１を上向きにし、かつ、左手前側上下風向板１３１と左奥側上下風向板１４１とのなす角度を、左手前側上下風向板１３１と左奥側上下風向板１４１との間隔が、送風ファン１２２側から吹出口１１２側にいくに従って次第に広がるような角度にする。そして、同時に、右手前側上下風向板１３２及び右奥側上下風向板１４２を下向きにし、かつ、右手前側上下風向板１３２と右奥側上下風向板１４２とのなす角度を、右手前側上下風向板１３２と右奥側上下風向板１４２との間隔が、送風ファン１２２側から吹出口１１２側にいくに従って次第に狭くなり絞られるような角度にする。

このようにすると、吹出口１１２の左側からは人の上部に向けて送風し、吹出口１１２の右側からは人の下部に向けて送風することができる。そして、この際、吹出口１１２の左側からの風の速度は、吹出口１１２の右側からの風の速度より相対的に遅くなる。逆に言えば、吹出口１１２の右側からの風は、右手前側上下風向板１３２と右奥側上下風向板１４２とにより細く絞られるため、吹出口１１２の左側からの風より相対的に速くなる。

つまり、図６の矢印Ａに示すように、人の上部には広範囲に拡散される相対的に遅い風を送ることになる。そして、図６の矢印Ｂに示すように、人の下部に細く絞られた相対的に速い風を送ることになる。広範囲に拡散される相対的に遅い風では、吸込口１１１から吹き出た風が周囲の空気と混ざりやすく、人に到達するまでに周囲の空気の温度に近づきやすい。これに対し、細く絞られた相対的に速い風では、吸込口１１１から吹き出た風が周囲の空気と混ざりにくく、吸込口１１１から吹き出た時点の温度を保ったまま人に到達しやすい。

このため、前記送風機構が前述の状態で例えば暖房運転した場合、人の上部に向けて送った風は周囲の空気と混ざり温度が下がった状態で当該人の頭部付近に到達し、人の下部に向けて送った風は暖かいまま当該人の足部付近に到達する。したがって、下方が相対的に高温で上方が相対的に低温な温度分布を形成し、いわゆる頭寒足熱の状態をつくりだすことができる。

なお、以上の説明は一例であり、吹出口１１２の左右のどちら側を人の上部側又は下部側に送風するか、及び、左右のどちらの絞り角度を狭くするかは、熱交換器１２１の配置等の筐体１１０の内部風路の構成、室内での人の位置等により適宜に設定すればよい。また、絞り角度を異ならせるのは、以上で説明したような上下風向板の組に限られず、左右風向板の組としてもよい。すなわち、左右風向板１５０を、吹出口１１２の右側の組と左側の組とに分け、これら左右の組で別々に絞り角度を調整できるようにしてもよい。

次に、図７を参照しながら、以上のように構成された空気調和装置１００の送風制御処理の流れの一例について説明する。使用者が入力表示部１９０を操作して空気調和装置１００の空調運転を開始させると、作業状態判定部１８４は、生体情報センサ２００が取得した人の生体情報に基づいて、当該人の作業状態を判定する。そして、当該人が作業を開始した場合には、処理はステップＳ１へと進む。

ステップＳ１においては、まず、人体センサ１７０で温度検出対象範囲の温度分布データを得る。そして、制御装置１８０は、人体センサ１７０で取得した温度分布データから、室内、人の全身温度、人の部位温度及び人近傍の温度のうちの１以上の温度を検出する。人の全身温度、人の部位温度及び人近傍の温度のいずれか１以上を検出する場合、人の位置等は人体検出部１８３による検出結果を利用する。ステップＳ１の後、処理はステップＳ２へと進む。

ステップＳ２においては、制御装置１８０は、ステップＳ１で検出した温度に基づいて、運転モード及び設定温度を決定する。この決定は、検出温度と運転モード及び設定温度との対応関係を参照して行う。検出温度と運転モード及び設定温度との対応関係は、例えば制御装置１８０に予め記憶されている。

図８に、検出温度と運転モード及び設定温度との対応関係の一例を示す。まず、検出された室温が１５℃で検出された人の全身温度が３５℃の場合を説明する。この場合、室内温度が１５℃と低いことから冬季と判定され、運転モードは暖房に決定される。一般的に全身温度３３〜３４℃が温冷感中立であることが知られている。このため、３５℃の全身温度では、人は体感的に暑く感じていると推測される。冬季の中立温度は２２〜２３℃であることが知られている。人の温冷感は暑いよりも寒い方が作業効率が高くなる。そこで、設定温度は冬季の中立温度よりも低い１９℃に決定される。

次に、検出された室温が１５℃で検出された人の全身温度が３２℃の場合を説明する。この場合も先の例と同じく、室内温度が１５℃と低いことから冬季と判定され、運転モードは暖房に決定される。一方、３２℃の全身温度は温冷感が中立となる温度より低い。このため、人は体感的に寒く感じていると推測される。そこで、このような場合には、例えば、人の上部に向けた風の設定温度を２３℃に決定し、人の下部に向けた風の設定温度を２６℃に決定する。このような温度設定にすることで、温熱的快適性を維持しつつ頭寒足熱の温度分布を形成し、人の作業効率向上を支援することができる。

続いて、検出された室温が３０℃で検出された人の全身温度が３５℃の場合を説明する。この場合、室内温度が３０℃と高いことから夏季と判定され、運転モードは冷房に決定される。また、３５℃の全身温度では、人は体感的に暑く感じていると推測される。人の温冷感を寒くした方が作業効率は高くなるため、設定温度は２５℃に決定される。

最後に、検出された室温が３０℃で検出された人の全身温度が３２℃の場合を説明する。この場合も、室内温度が３０℃と高いことから夏季と判定され、運転モードは冷房に決定される。一方、３２℃の全身温度は温冷感が中立となる温度より低い。このため、人は体感的に寒く感じていると推測される。そこで、このような場合には、例えば、人の上部に向けた風の設定温度を２５℃に決定し、人の下部に向けた風の設定温度を高めの２８℃に決定する。このような温度設定にすることで、温熱的快適性を維持しつつ頭寒足熱の温度分布を形成し、人の作業効率向上を支援することができる。

再び図７のフロー図を参照して説明を続ける。以上で例示したような対応関係により、制御装置１８０は、検出温度から運転モード及び設定温度を決定する。そして、制御装置１８０は、決定した運転モード及び設定温度での空調運転を開始させる。空調運転中においては、送風制御部１８５が前記送風機構を制御する。特に、頭寒足熱の温度分布を形成するような設定温度に決定された場合は、前述したように、送風制御部１８５は、作業中の人の上部に向けて第１の風速で送風させ、同時に、当該人の下部に向けて第１の風速とは異なる第２の風速で送風させる。ステップＳ２の後、処理はステップＳ３へと進む。

ステップＳ３においては、作業状態判定部１８４は、作業者の作業効率が低下したか否かを判定する。作業者の作業効率が低下している状況では、例えば当該作業者の姿勢に変化が現れる。具体的に例えば、眠気により体が一定リズムで揺れる、手が動かない等の場合には、作業者の作業効率が低下していると考えられる。また、生体情報センサ２００により作業者の脳波を取得している場合、脳波において睡眠波が検出されれば、作業者の作業効率が低下していると考えられる。さらに、生体情報センサ２００により瞳孔経、まばたき数等を検出している場合にも、これらの生体情報から作業者の作業効率が低下を検知することが可能である。

作業者の作業効率が低下している場合には、処理はステップＳ２へと戻る。そして、作業者の作業効率向上を支援するのにより適切な運転モード、設定温度、風向、風速等を決定し直して、送風制御部１８５は変更後の運転モードに従って前記送風機構を制御する。一方、ステップＳ３で作業者の作業効率が低下していない場合には、処理はステップＳ４へと進む。

ステップＳ４においては、制御装置１８０は、作業者の温冷快適性、気流快適性等を人体センサ１７０の検出結果、生体情報センサ２００が取得した生体情報等に基づいて判定する。ここで使用する生体情報とは、具体的に例えば、脳波、交感神経と副交感神経のバランス等である。

作業者の温冷快適性、気流快適性等の１種以上の快適性が、予め設定された基準より不快である場合、処理はステップＳ２へと戻る。そして、快適性を向上するのにより適切な運転モード、設定温度、風向、風速等を決定し直して、送風制御部１８５は変更後の運転モードに従って前記送風機構を制御する。一方、ステップＳ４で作業者の快適性が基準より不快でない場合、処理はステップＳ５へと進む。

ステップＳ５においては、作業状態判定部１８４は、生体情報センサ２００が取得した作業者の生体情報に基づいて、当該作業者の作業状態を判定する。そして、作業状態判定部１８４は、当該作業者が作業を終了したか否かを確認する。作業者が作業を終了していない場合には、処理はステップＳ３へと戻る。

一方、ステップＳ５で、作業者が作業を終了したことを検知した場合、処理はステップＳ６へと進む。ステップＳ６においては、制御装置１８０は、空気調和装置１００による空調運転を終了させる。

なお、ステップＳ２において、使用者が入力表示部１９０を操作して所望する温度等を設置できるようにしてもよい。また、制御装置１８０に個人毎の設定内容を記憶しておき、それを呼び出すことができるようにしてもよい。さらに、生体情報センサ２００が取得した生体情報から個人を特定し、個人毎の設定内容を自動的に呼び出して使用できるようにしてもよい。また、個人毎に適した設定内容を学習し、学習した内容で記憶する設定内容を更新していくことも考えられる。

生体情報からの個人の特定には、具体的に例えば、人体センサ１７０による熱画像又はカメラ等の画像から判定した身長、体格等を用いることができる。また、人体センサ１７０の検出結果から求めた全身温度、部位温度の特徴、生体情報センサ２００が取得した脳波、呼吸、心拍リズム、交感神経と副交感神経のバランス、視点距離、瞳孔経、まばたき回数の各特徴を用いることも考えられる。

なお、空気調和装置１００は、調和空気を送風する動作の前に室内及び室外の一方又は両方の温度を検出するようにするのがよい。この際、温度だけでなく湿度も検出してもよい。温度等を検出する際には、調和空気を送風する動作より少ない風量で温度センサ等に空気を取り込むために送風ファン１２２を動作させる。

そして、図７のフロー図を参照して説明した制御処理例のように、調和空気を送風する動作の前に、運転モードを判定することが好ましい。空調運転の開始後は、冷房運転から暖房運転又はその逆に暖房運転から冷房運転のように意図して他の運転モードに変更する可能性は低い。一方、温度及び湿度の設置値は使用者の温冷感覚に依存するものであるため、空調運転の開始後も、都度、使用者が判断して変更することが望ましい。

以上のように構成された空気調和装置においては、人が作業中である場合に当該人の上部に向けて第１の風速で送風し、当該人の下部に向けて第１の風速と異なる第２の風速で送風することで、人の上部と下部とで温度差のある温度分布を、簡潔な構成で効率的に形成することができ、人の温熱的快適性及び気流快適性を維持しつつ、人の作業効率向上を支援することが可能である。

また、特に家庭内においては人の赤外線放射量のみからでは判断できない作業がある。具体的に例えば、机に向かって勉強する、椅子に腰かけて読書する等の作業は、活動量が大きく変化しないため人の赤外線放射量が変化しない。作業状態検出手段として、人の生体情報を取得する生体情報取得手段である生体情報センサ２００と、生体情報取得手段が取得した生体情報に基づいて当該人の作業状態を判定する作業状態判定部１８４と、を設けるようにすることで、このような人体の赤外線放射量の変化を伴わない軽作業についても検出することができる。したがって、人体の赤外線放射量の変化を伴わない軽作業に対しても、作業効率向上を支援することが可能である。

また、人体センサ１７０又は生体情報センサ２００により生体情報を収集することで、例えば手足の冷え感を人体表面の放射量に基づいて、暑がり、寒がり等の個人体質を判定することもできる。そして、判定した個人体質にあわせて、頭寒足熱、頭暑足寒等の温度分布を形成することで、個人体質にあった温熱的快適性の実現と作業効率向上支援が可能である。

さらに、作業効率の向上を支援するためには人の温冷感としては暑い側より寒い側の方が有利であるが、例えば夏季の場合は室内全体を冷やすことで空調装置の消費エネルギーが増大してしまう。そこで、人の上部と下部とで温度差のある温度分布を形成することで、例えば室内全体を冷やすことなく、人の温冷感を寒い側へシフトさせることができ、エネルギー消費量を低減する効果もある。

なお、以上においては、家庭用のルームエアコンを例に挙げて、１台の空気調和装置の吸込口から人の上部と下部のそれぞれに吹き分けるようにした構成例について説明してきた。これに対し、例えば、図９に示すように、複数台の空気調和装置を用いて人の上部と下部のそれぞれに異なる風速で送風するようにしてもよい。同図に示すのは、この発明をパッケージエアコンに適用した構成例である。この例では、１つの室内に複数の空気調和装置１００が設置されている。

そして、人の作業開始を検出すると、１台の空気調和装置１００から、図９の矢印Ａで示すように、人の上部に向けて第１の風速で送風する。同時に、人の上部に向けて送風している空気調和装置１００とは異なる空気調和装置１００すなわち異なる吹出口から、図９の矢印Ｂで示すように、人の下部に向けて第２の風速で送風する。第２の風速は、第１の風速とは異なる。ここでは、第２の風速は、第１の風速より速い。このような構成でも、人の上部には広範囲に拡散される相対的に遅い風を送ると同時に、人の下部に細く絞られた相対的に速い風を送ることができる。

図６等に示すような１台の空気調和装置では複数の風向板による吹き分け制御が必要であったのに対し、複数の空気調和装置１００を用いることで、より簡潔な構成で人の上部及び下部に向けて異なる速度の風を送って頭寒足熱の温度分布を形成することができる。また、例えばオフィスのように複数人がいる環境でも、複数の人のそれぞれに対して、上部と下部とで風速を異なることができ、各人に対し頭寒足熱の温度分布を形成することが可能である。なお、複数の空気調和装置１００の複数の吹出口のうち、いずれの空気調和装置１００、いずれの吹出口から人の上部側又は下部側に送風するかについては、室内での人の位置等により適宜に設定すればよい。

ここで、使用者の空調快適性に影響を与える因子としては乾燥感もある。そこで、加湿を行う加湿装置又は除湿を行う除湿装置と、この発明に係る空気調和装置１００とを連携して制御することで、作業効率の向上を支援できるようにしてもよい。例えば、加湿することで喉、目等の乾燥感を抑制し、集中力の向上が期待できる。ヒーター式等の発熱を伴う加湿方式の加湿装置を用いた場合、特に冬季に室内温度が高くなり過ぎることを抑制しつつ、使用者の上半身温冷感を暖かい側にシフトさせる効果がある。一方、気化式の加湿装置を用いた場合、気化熱により使用者に冷感を与えることができるため、季節によらず使用者に冷感を与えて眠くなるのを抑制する効果がある。

この発明は、調和空気を生成し、送風可能な送風機構を備えた空気調和装置に利用できる。具体的に例えば、家庭用のルームエアコン、業務用のパッケージエアコン及びハウジングエアコン、浴室乾燥機、自動車用エアコン等が挙げられる。

１００ 空気調和装置
１１０ 筐体
１１１ 吸込口
１１２ 吹出口
１１３ 前面パネル
１２１ 熱交換器
１２２ 送風ファン
１３１ 左手前側上下風向板
１３２ 右手前側上下風向板
１４１ 左奥側上下風向板
１４２ 右奥側上下風向板
１５０ 左右風向板
１６１ 左側上下風向板用ステッピングモータ
１６２ 右側上下風向板用ステッピングモータ
１６３ 左右風向板用ステッピングモータ
１７０ 人体センサ
１７１ 金属缶
１７２ センサ用ステッピングモータ
１７３ 配光視野角
１８０ 制御装置
１８１ プロセッサ
１８２ メモリ
１８３ 人体検出部
１８４ 作業状態判定部
１８５ 送風制御部
１９０ 入力表示部
２００ 生体情報センサ

この発明に係る空気調和装置は、吸込口及び吹出口が形成された筐体と、前記筐体の内部に設けられ、前記吸込口から吸い込まれた空気と熱交換して調和空気を生成する熱交換器と、前記筐体に設けられ、前記吸込口から空気を吸い込み前記吹出口から調和空気を吹き出す空気流を生成するとともに、前記吹出口から吹き出す調和空気の風向を変更可能な送風機構と、予め設定された検出範囲内の人を検出する人検出手段と、人の作業状態を検出する作業状態検出手段と、前記人検出手段の検出結果及び前記作業状態検出手段の検出結果に応じて、前記送風機構を制御する制御手段と、を備え、前記送風機構は、第１の風向板の組及び第２の風向板の組を備え、人が作業中である場合に、前記第１の風向板の組及び前記第２の風向板の組のうち一方の組を第１の上下向きにし、他方の組を前記第１の上下向きとは異なる第２の上下向きにするとともに、前記第１の風向板の組のなす絞り角度を第１の角度にし、前記第２の風向板の組のなす絞り角度を前記第１の角度とは異なる第２の角度にすることで、当該人の上部に向けて第１の風速で送風し、当該人の下部に向けて前記第１の風速と異なる第２の風速で送風する。

Claims (6)

1. 吸込口及び吹出口が形成された筐体と、
   前記筐体の内部に設けられ、前記吸込口から吸い込まれた空気と熱交換して調和空気を生成する熱交換器と、
   前記筐体に設けられ、前記吸込口から空気を吸い込み前記吹出口から調和空気を吹き出す空気流を生成するとともに、前記吹出口から吹き出す調和空気の風向を変更可能な送風機構と、
   予め設定された検出範囲内の人を検出する人検出手段と、
   人の作業状態を検出する作業状態検出手段と、
   前記人検出手段の検出結果及び前記作業状態検出手段の検出結果に応じて、前記送風機構を制御する制御手段と、を備え、
   人が作業中である場合に当該人の上部に向けて第１の風速で送風し、当該人の下部に向けて前記第１の風速と異なる第２の風速で送風する空気調和装置。
2. 前記作業状態検出手段は、
   人の生体情報を取得する生体情報取得手段と、
   前記生体情報取得手段が取得した生体情報に基づいて当該人の作業状態を判定する作業状態判定部と、を備えた請求項１に記載の空気調和装置。
3. 前記作業状態検出手段は、前記人検出手段が検出した人の位置が予め設定された特定範囲内であるか否かに応じて、当該人の作業状態を判定する作業状態判定部を備えた請求項１に記載の空気調和装置。
4. 前記作業状態検出手段は、前記人検出手段が検出した人の姿勢に基づいて、当該人の作業状態を判定する作業状態判定部を備えた請求項１に記載の空気調和装置。
5. 人の前記上部は、当該人の顔を含む上半身である請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の空気調和装置。
6. 人の前記下部は、当該人の足を含む下半身である請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の空気調和装置。

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