JPWO2021001877A1 - 空気調和装置の室内機 - Google Patents
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Abstract
Description
以下、実施の形態1に係る空気調和装置100の室内機2について、図面を参照しながら説明する。図1は、実施の形態1に係る空気調和装置100を示す回路図である。図1に示すように、空気調和装置100は、室外機1、室内機2及び冷媒配管3を有している。なお、図1では、1台の室内機2を例示しているが、室内機2の台数は、2台以上でもよい。
室外機1は、圧縮機11、流路切替装置12、室外熱交換器13、室外送風機14及び膨張部15を有している。室内機2は、室内熱交換器21、室内送風機22、記憶装置26及び制御装置27を有している。冷媒配管3は、流路切替装置12、室外熱交換器13、膨張部15及び室内熱交換器21を接続すると共に、内部に冷媒が流れることで冷媒回路4を構成するものである。
圧縮機11は、低温且つ低圧の状態の冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮して高温且つ高圧の状態の冷媒にして吐出するものである。流路切替装置12は、冷媒回路4において、冷媒の流通方向を切り替えるものであり、例えば四方弁である。室外熱交換器13は、冷媒と室外空気との間で熱交換を行うものであり、例えばフィンアンドチューブ型熱交換器である。室外熱交換器13は、冷房運転時には凝縮器として作用し、暖房運転時には蒸発器として作用する。室外送風機14は、室外熱交換器13に室外空気を送る機器である。膨張部15は、冷媒を減圧して膨張させる減圧弁又は膨張弁である。
室内熱交換器21は、室内空気と冷媒との間で熱交換を行うものである。室外熱交換器13は、冷房運転時には蒸発器として作用し、暖房運転時には凝縮器として作用する。室内送風機22は、室内熱交換器21に室内空気を送る機器であり、例えば、クロスフローファンである。
ここで、空気調和装置100の動作について説明する。先ず、冷房運転について説明する。冷房運転において、圧縮機11に吸入された冷媒は、圧縮機11によって圧縮されて高温且つ高圧のガス状態で吐出される。圧縮機11から吐出された高温且つ高圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置12を通過して、凝縮器として作用する室外熱交換器13に流入する。室外熱交換器13に流入した冷媒は、室外送風機14によって送られる室外空気と熱交換されて凝縮し、液化する。液状態の冷媒は、膨張部15に流入し、減圧及び膨張されて、低温且つ低圧の気液二相状態の冷媒となる。気液二相状態の冷媒は、蒸発器として作用する室内熱交換器21に流入する。室内熱交換器21に流入した冷媒は、室内送風機22によって送られる室内空気と熱交換されて蒸発し、ガス化する。その際、室内空気が冷却されて室内における冷房が実施される。その後、蒸発した低温且つ低圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置12を通過して、圧縮機11に吸入される。
次に、暖房運転について説明する。暖房運転において、圧縮機11に吸入された冷媒は、圧縮機11によって圧縮されて高温且つ高圧のガス状態で吐出される。圧縮機11から吐出された高温且つ高圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置12を通過して、凝縮器として作用する室内熱交換器21に流入する。室内熱交換器21に流入した冷媒は、室内送風機22によって送られる室内空気と熱交換されて凝縮し、液化する。その際、室内空気が温められて、室内における暖房が実施される。液状態の冷媒は、膨張部15に流入し、減圧及び膨張されて、低温且つ低圧の気液二相状態の冷媒となる。気液二相状態の冷媒は、蒸発器として作用する室外熱交換器13に流入する。室外熱交換器13に流入した冷媒は、室外送風機14によって送られる室外空気と熱交換されて蒸発し、ガス化する。その後、蒸発した低温且つ低圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置12を通過して、圧縮機11に吸入される。
図2は、実施の形態1に係る室内機2を示す斜視図である。図3は、実施の形態1に係る室内機2を示す斜視図である。図4は、実施の形態1に係る室内機2を示す断面図である。図2、図3及び図4に示すように、室内機2は、筐体23、吸込み口31、吹出し口32、風向板24及び赤外線センサ25を有する。筐体23は、室内機2の外殻を構成するものであり、例えば、樹脂製である。筐体23には、吸込み口31及び吹出し口32が形成されている。
吸込み口31は、筐体23の上部に形成された開口であり、室内空気を室内機2の内部に吸い込む。なお、吸込み口31は、室内機2の内部に室内空気を吸い込むことができる形状であればよい。また、吸込み口31は、筐体23の上部に加えて、正面に形成されていたり、正面にのみ形成されていたりしてもよい。吹出し口32は、筐体23下部に形成された開口であり、室内機2の内部から室内に空気を吹き出す。吹出し口32は、室内機2の幅方向を長辺とする略長方形をなしている。なお、吹出し口32は、室内機2の内部から空気を吹き出すことができればよく、略長方形の形状以外でもよい。
風向板24は、板状の部材であり、筐体23の下部に設けられる。風向板24は、上下風向板41及び左右風向板42を有する。上下風向板41は、上風向板43及び下風向板44の2枚からなり、空気調和装置100が運転を停止している際に、上風向板43が吹出し口32の上部を覆うと共に、下風向板44が吹出し口32の下部を覆う。なお、上下風向板41の枚数は、1枚又は3枚以上であってもよく、全ての上下風向板41によって、吹出し口32の全体が覆われる。上下風向板41は、室内機2が運転をしている際に、モーター(図示せず)によって上下方向に搖動が可能であり、開度を維持したり、変化したりすることで吹出し口32から吹き出される空気の風向の上下を調整するものである。
赤外線センサ25は、赤外線を検知し、検知した情報を制御装置27に送信するものである。赤外線センサ25は、例えば、複数の受光素子(図示せず)が室内機2の上下方向に配列されたもので構成される。赤外線センサ25は、筐体23の前面に設けられ、左右方向に走査されることで、室内における筐体23の正面全域の赤外線を検知するものである。
記憶装置26は、筐体23に格納され、風向板24の動作の制御に係る情報を記憶するものであり、例えば、外部メモリである。なお、記憶装置26は、筐体23の外部に存在していてもよい。
図5は、実施の形態1に係る制御装置27を示す機能ブロック図である。制御装置27は、筐体23に格納され、風向板24の動作を制御するものであり、例えばCPUである。なお、制御装置27は、筐体23の外部に存在していてもよい。図5に示すように、制御装置27は、作成手段51、人検知手段52、区画手段53、探知手段54、算出手段58、確認手段55、算定手段56、判断手段57、補正手段59、制御手段60及び記憶手段61を有している。作成手段51、人検知手段52、区画手段53、探知手段54、算出手段58、確認手段55、算定手段56、判断手段57、補正手段59、制御手段60及び記憶手段61は、アルゴリズムからなる。ここで、室内機2が暖房運転をしていると共に、室内に他の暖房機器が存在することを前提として、各手段について詳細に説明する。なお、実施の形態1に係る制御装置27は、室内機2が冷房運転していたり、冷房機器が存在したりする場合にも用いることができる。
作成手段51は、赤外線センサ25が検知する室内の赤外線に基づき、室内の温度分布を表す熱画像を作成する。熱画像は、例えば、温度分布を二次元配列として表したものである。
人検知手段52は、作成手段51が作成する熱画像に基づき、室内にいる人物が位置する人体位置を検知する。例えば、先ず、人検知手段52は、作成手段51が作成する熱画像と室内に人がいない場合の熱画像との差分の領域を認識する。次に、人検知手段52は、差分の領域の温度が人の体温と同等である場合に、差分の領域を人体位置として検知する。
区画手段53は、作成手段51が作成する熱画像に対して、室内の区画情報を付与した室内熱画像を作成する。区画情報は、室内の床及び各内壁の境界についての情報である。区画手段53は、例えば、区画手段53は、人検知手段52が人体の検知を複数回実行した結果に基づいて人体位置が検知されることがあった領域の集合を床と認識する。そして、区画手段53は、床を除いた部分を内壁と認識することで、区画情報を取得する。制御装置27は、作成された室内熱画像によって、室内の床及び各内壁の温度分布を風向板24の制御に用いることが可能になる。なお、区画手段53は、予め取得されている区画情報を用いて、室内熱画像を作成してもよい。
探知手段54は、区画手段53が作成する室内熱画像に基づき、吹き出される空気が到達する位置である気流到達位置を探知する。例えば、探知手段54は、先ず、吹き出される空気によって床の温度又は内壁の温度が上昇しうる温度を閾値として設定する。次に、探知手段54は、区画手段53が作成する室内熱画像において、閾値より高温を示す領域を、探知する領域から除外する。そして、探知手段54は、閾値より高温を示す領域が除外された室内熱画像において、最も高温となっている領域を吹き出される空気が到達している位置として探知する。なお、探知手段54は、風向が変更される前後の室内熱画像の差分の領域を取得することで、吹き出される空気が到達する位置を探知してもよい。
確認手段55は、区画手段53が作成する室内熱画像に基づき、室内に熱的な影響を与える影響因子が存在するか否かを確認する。影響因子は、上述の通り、石油ファンヒータ又はハロゲンヒータ等の暖房機器である。概して、石油ファンヒータ又はハロゲンヒータ等によって暖められた領域は、空気調和装置100によって暖められた領域よりも高温となる。したがって、確認手段55は、例えば、区画手段53が作成する室内熱画像において、吹出し口32から吹き出される空気により上昇しうる温度よりも、高温である領域が存在する場合に、影響因子が存在すると判定する。なお、確認手段55は、影響因子が室内に設置された機器である場合、室内熱画像ではなく、室内に設置されている機器から発信される情報を受信することにより、影響因子が存在することを確認してもよい。
算定手段56は、確認手段55によって影響因子が存在することが確認される場合、区画手段53が作成する室内熱画像に基づき、影響因子が室内に与える影響に作用する度合を示す影響指数を算定する。暖房機器においては、影響指数は、機器の出力の大きさ等である。概して、影響因子が石油ファンヒータの場合、吹き出される空気が高温になったり、多くなったりするにしたがって、室内熱画像は、高温の領域が拡大している画像となる。したがって、算定手段56は、温度の高さ及び高温となっている領域の面積等を要素として、影響指数を算定する。なお、上述のように、算定手段56は、室内に設置されている機器から発信される情報を室内機2が受信することによって、影響指数を算定してもよい。また、影響指数は、例えば、予め記憶されているサンプルデータによって、大、中、小というように相対的に分類されるものであっても、数値によって絶対的に算定されるものであってもよい。
判断手段57は、記憶装置26に影響指数が記憶されていない場合、風向調整量を補正しないように判断する。ここで、記憶装置26に影響指数が記憶されていない場合の例としては、室内機2の据え付けが行われた最初の運転時等が挙げられる。また、概して、記憶されている人体位置が部屋の中央におけるものであるのに対して、検知されている人体位置が部屋の壁際である場合は、壁際で気流が反射すること等があり、風向調整量の補正に係る条件が大きく異なる。このため、記憶装置26が人検知手段52によって検知された人体位置についても記憶する場合、検知されている人体位置における影響指数が記憶されていない際は、風向調整量を補正しないように判断するようにしてもよい。
図6は、実施の形態1に係る風向の調整手順を示す室内図である。図6を用いて、暖房運転の際の風向調整量の算出方法について説明する。図6に示すように、室内には、暖房機器101が設置されている。概して、室内機2から吹き出される空気の到達位置は、暖気を吹き出す石油ファンヒータ又は輻射熱を放出するハロゲンヒータ等の暖房機器のように、室内に熱的な影響を与える影響因子による影響を受ける。即ち、吹き出される空気の到達位置は、暖房機器の影響によりずれる。このように、吹き出される空気は、気流の目標位置としていた人体位置と異なる箇所に到達する。算出手段58は、人検知手段52が検知する人体位置と探知手段54が探知する気流到達位置との差分に基づいて、風向調整量を算出する。即ち、算出手段58は、人検知手段52が検知した人体位置Xpと探知手段54が探知した気流到達位置Xfとの差を風向調整量ΔXとして算出する(ΔX=Xp−Xf)。
補正手段59は、判断手段57によって風向調整量を補正すると判断される場合に、記憶装置26に記憶されている影響指数及び算定手段56が算定する影響指数とに基づき、記憶装置26に記憶されている風向調整量を補正する。例えば、補正手段59は、前記記憶装置26に記憶されている風向調整量に対して、記憶装置26に記憶されている影響指数と、算定手段56が算定する影響指数との比率を乗じることにより、記憶装置26に記憶されている風向調整量を補正する。この場合、記憶されている影響指数が100であり、影響指数に対応して記憶されている風向調整量が100であった場合、影響指数が50であると算定された際に、補正手段59は、影響指数の比率の0.5を乗じることにより風向調整量を50として補正する。
制御手段60は、記憶装置26に影響指数が記憶されていない場合、算出手段58が算出する風向調整量に基づき、風向板24を制御する。即ち、制御手段60は、人検知手段52が検知した人体位置Xpと算出手段58が算出した風向調整量ΔXとの和を仮想人体位置Xaとして算出し(Xa=Xp+ΔX)、算出された仮想人体位置Xaに基づいて、風向板24を制御する。これにより、仮想人体位置Xaに向けて吹き出された空気は、影響因子によって、風向調整量ΔXの分だけ人体位置Xpに近づく。したがって、気流到達位置Xfは、人体位置Xpに一致する。
記憶手段61は、算定手段56が算定する影響指数と、制御手段60が制御に用いた風向調整量とを対応させて、記憶装置26に記憶する。なお、記憶手段61は、影響因子の有無及び種類等について、算定手段56が算定する影響指数と併せて記憶を行ってもよい。また、記憶手段61は、人検知手段52によって検知された人体位置、時刻又は風向板24を動作させた量等を対応させて記憶を行ってもよい。更に、補正後の風向調整量は、補正前の風向調整量に上書きして記憶されてもよいし、別の結果として記憶されてもよい。
図7は、実施の形態1に係る室内機2の動作を示すフローチャートである。次に、室内機2の動作について説明する。図7に示すように、空気調和装置100の運転が開始されると、作成手段51は、熱画像を作成する(ステップS1)。次に、人検知手段52は、熱画像から人体位置を検知する(ステップS2)。更に、区画手段53は、熱画像に区画情報を付与し(ステップS3)、算定手段56は、影響指数を算定する(ステップS4)。
図8は、実施の形態2に係る風向の調整手順を示す室内図である。図8に示すように、本実施の形態2は、影響因子が窓102である点で実施の形態1と相違する。本実施の形態2では、実施の形態1と同一の部分は同一の符合を付して説明を省略し、実施の形態1との相違点を中心に説明する。
確認手段55は、区画手段53により作成された熱画像を用い、内壁の内、予め定められた温度より低い温度の領域を窓とする。なお、確認手段55は、例えば、冬季においては、内壁の内、予め定められた温度より低い温度の領域を窓とし、夏季においては、温度が予め定められた温度より高い温度の領域を窓としてもよい。このように、窓が存在することを確認手段55が確認する基準については、限定されるものではない。算定手段56は、窓の温度及び窓の面積等により影響指数を算定する。
Claims (6)
- 空気を吹き出す吹出し口が形成された筐体と、
前記吹出し口を覆うように前記筐体に設けられ、前記吹出し口から吹き出される空気の向きを調整する風向板と、
室内の赤外線を検知する赤外線センサと、
室内に熱的な影響を与える影響因子が室内に与える影響に作用する度合を示す影響指数と、前記吹出し口から吹き出される空気が到達する位置である気流到達位置が前記影響因子の影響によりずれる量を示す風向調整量とが対応して記憶される記憶装置と、
前記風向板の動作を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記赤外線センサが検知する室内の赤外線に基づき、室内の温度分布を表す熱画像を作成する作成手段と、
前記作成手段が作成する前記熱画像に基づき、室内にいる人物が位置する人体位置を検知する人検知手段と、
前記作成手段が作成する前記熱画像に対して、室内の区画情報を付与した室内熱画像を作成する区画手段と、
前記区画手段が作成する前記室内熱画像に基づき、前記気流到達位置を探知する探知手段と、
前記人検知手段が検知する前記人体位置と、前記探知手段が探知する気流到達位置との差分に基づいて、前記風向調整量を算出する算出手段と、
前記区画手段が作成する前記室内熱画像に基づき、前記影響因子が存在するか否かを確認する確認手段と、
前記確認手段によって前記影響因子が存在することが確認される場合、前記区画手段が作成する前記室内熱画像に基づき、前記影響指数を算定する算定手段と、
前記記憶装置に前記影響指数が記憶されている場合、前記記憶装置に記憶されている前記影響指数及び前記算定手段が算定する前記影響指数に基づき、前記記憶装置に記憶されている前記風向調整量を補正するか否かを判断する判断手段と、
前記判断手段によって前記風向調整量を補正すると判断される場合、前記記憶装置に記憶されている前記影響指数及び前記算定手段が算定する前記影響指数に基づき、前記記憶装置に記憶されている前記風向調整量を補正する補正手段と、
前記判断手段によって前記記憶装置に記憶されている前記風向調整量を補正すると判断される場合、前記補正手段が補正する前記風向調整量に基づき、前記風向板を制御する制御手段と、
前記算定手段が算定する前記影響指数と、前記制御手段が制御に用いた前記風向調整量とを対応させて、前記記憶装置に記憶する記憶手段と、を有する
空気調和装置の室内機。 - 前記制御手段は、
前記記憶装置に前記影響指数が記憶されていない場合、算出手段が算出する前記風向調整量に基づき、前記風向板を制御する
請求項1に記載の空気調和装置の室内機。 - 前記補正手段は、
前記記憶装置に記憶されている前記風向調整量に対して、前記記憶装置に記憶されている前記影響指数と、前記算定手段が算定する前記影響指数との比率を乗じることにより、前記記憶装置に記憶されている前記風向調整量を補正する
請求項1又は請求項2に記載の空気調和装置の室内機。 - 前記補正手段は、
前記算定手段が算定する前記影響指数に基づき、前記風向調整量を補正することを繰り返す
請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の空気調和装置の室内機。 - 前記影響因子は、暖房機器を含む
請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の空気調和装置の室内機。 - 前記影響因子は、窓を含む
請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の空気調和装置の室内機。
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