WO2019087264A1

WO2019087264A1 - 空気調和装置、制御方法およびプログラム

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Publication number: WO2019087264A1
Application number: PCT/JP2017/039186
Authority: WO
Inventors: 孟池田
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2017-10-30
Filing date: 2017-10-30
Publication date: 2019-05-09
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Abstract

空気調和装置（１）は、熱交換器と、熱交換器の風上側に配置した風上温度センサ（６）及び風上湿度センサ（７）と、熱交換器の風下側に配置した風下温度センサ（８）及び風下湿度センサ（９）と、制御部（１３）を備える。制御部（１３）は、風上温度センサ（６）及び風上湿度センサ（７）が検出した風上側の温度と湿度から、風下温度センサ（８）及び風下湿度センサ（９）が検出した風下側の温度と湿度へ空気が変化する際の第１エンタルピーを用いて求められるエンタルピー総量と、風上温度センサ（６）及び風上湿度センサ（７）が検出した風上側の温度と湿度から、ユーザの設定した温度と湿度へ空気が変化する際の第２エンタルピーを用いて求められる熱負荷総量とに基づいて、ユーザの設定した希望時間に、ユーザの設定した温度と湿度へ空気が変化するように運転モードを制御する。

Description

空気調和装置、制御方法およびプログラム

　この発明は、空気調和装置、制御方法およびプログラムに関するものである。

　ルームエアコンなどの空気調和装置は、運転時に負荷を最適に制御して、消費電力を抑えることが求められている。例えば、特許文献１には、熱画像センサが検出した室内の温度分布から、室内に流入出する熱量を計算し、空気調和装置の負荷の制御を最適化する空気調和装置が開示されている。また、特許文献２には、センサで室内の温度と湿度を検知し、検知した温度と湿度から負荷を推定し、推定した負荷に基づいて制御を最適化する空気調和装置が開示されている。

特開２０１６－８７９６号公報特開２００９－８３９０号公報

　空気調和装置の運転時における消費電力には、空調空間の温度と湿度とが関わってくる。しかしながら、特許文献１に開示された空気調和装置は、熱画像センサによって空調空間の温度を検出することができるが、湿度を検出することができない。

　また、空気調和装置の負荷を正確に求めるためには、空気調和装置の吹出口から吹き出される空気の送風量を、正確に求める必要がある。送風量を正確に求めるためには、空気調和装置の吹出口から吹き出される空気の送風風路の圧力損失を求める必要がある。送風風路の圧力損失は、風向制御板の圧力損失と、熱交換器の圧力損失と、風向制御板及び熱交換器の圧力損失を除いたその他の圧力損失との和である。したがって、送風風路の圧力損失を求めるためには、風向制御板の角度と、フィンの凝縮水による熱交換器の圧力損失を求める必要がある。

　しかしながら、特許文献２に開示された空気調和装置においては、風向制御板の角度を検出していない。また、フィンの凝縮水による熱交換器の圧力損失を求めていない。したがって、特許文献２に開示された空気調和装置においては、送風風路の圧力損失を算出することができない。すなわち、送風量を正確に算出することができず、空気調和装置の負荷を正確に推定することができない。

　本発明は、上記のような課題を解決するためのものであり、運転時の負荷を正確に推定することにより、消費電力を抑えつつ、ユーザの好みに合わせて運転を最適に制御することができる空気調和装置、制御方法およびプログラムを提供することを目的とする。

　上記目的を達成するために、この発明に関わる空気調和装置は、熱交換器と、熱交換器の風上側に配置した風上温度センサ及び風上湿度センサと、熱交換器の風下側に配置した風下温度センサ及び風下湿度センサと、風上温度センサ及び風上湿度センサが検出した風上側の温度と湿度から、風下温度センサ及び風下湿度センサが検出した風下側の温度と湿度へ空気が変化する際の第１エンタルピーを用いて求められるエンタルピー総量と、風上温度センサ及び風上湿度センサが検出した風上側の温度と湿度から、ユーザの設定した温度と湿度へ空気が変化する際の第２エンタルピーを用いて求められる熱負荷総量とに基づいて、ユーザの設定した希望時間に、ユーザの設定した温度と湿度へ空調空間内の空気が変化するように運転モードを制御する制御部とを備える。

　以上のように、この発明によれば、運転時の負荷を正確に推定することができるため、消費電力を押さえつつ、ユーザの快適性を最大にする空気調和装置、制御方法およびプログラムを得ることができる。

実施の形態１における空気調和装置の構成を示した図実施の形態１における熱交換器の概要図実施の形態１における熱交換器のフィンが乾燥している状態を示した図実施の形態１における熱交換器のフィンに水膜が着いている状態を示した図実施の形態１における空気調和装置を冷房運転モードで運転し続けた場合の室内の温度の時間変化を示した図実施の形態１における空気調和装置を冷房運転モードで運転し続けた場合の室内の相対湿度の時間変化を示した図実施の形態１における空気調和装置を冷房運転モードから再熱除湿モードに切り替えた場合の室内の温度の時間変化を示した図実施の形態１における空気調和装置を冷房運転モードから再熱除湿モードに切り替えた場合の室内の相対湿度の時間変化を示した図実施の形態１における自動的に冷房運転モードと再熱除湿モードを切り替えるための制御フローを示した図実施の形態１における冷房運転モード切替処理のフローチャート実施の形態１におけるエンタルピー総量計算処理のフローチャート実施の形態１における熱交換器の風上の温度と湿度から、風下の温度と湿度に変化する空気のエンタルピー変化を求める空気線図実施の形態１における熱負荷総量計算処理のフローチャート実施の形態１における熱画像センサが空調空間の熱画像を撮像する図実施の形態１における現在の温度と湿度から、ユーザの嗜好する温度と湿度に変化する空気のエンタルピー変化を求める空気線図実施の形態１における最適運転モード切替時間計算処理のフローチャート実施の形態１における運転モード切替処理のフローチャート実施の形態２における湿度発生源からの湿度発生量を示した図

実施の形態１．
　以下に、本発明品の空気調和装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

　図１は、実施の形態１に係る空気調和装置１の構成を示した図である。空気調和装置１は、運転時の負荷を正確に推定することにより、消費電力を抑えつつ、ユーザの好みに合わせて運転を最適に制御する機能を備えるものであり、外部から取り込んだ空気を濾過するフィルタ２と、熱交換器３＿１、３＿２、３＿３と、空気の取り込み又は吹き出しを行うファン４と、風向制御板５と、風上温度センサ６及び風上湿度センサ７と、風下温度センサ８及び風下湿度センサ９と、ファン回転センサ１０と、熱画像センサ１１と、角度検出センサ１２と、制御部１３と、記憶部１４と、リモコン１５を備えている。

　熱交換器３＿１、３＿２、３＿３を、総称して熱交換器３と称する。熱交換器３は、図２Ａに示すように、間隙部を挟んで配置される複数のフィン２０と、複数のフィン２０を貫く配管２１を備えている。配管２１には、冷媒が流れている。空気調和装置１の外部から取り込まれた空気は、熱交換器３の風上から風下に向かって複数のフィン２０の間隙部を通過する。その際、空気は、配管２１に流れる冷媒により冷却される。

　複数のフィン２０の間隙部を拡大した図を図２Ｂ及び図２Ｃに示す。フィン２０の間隙部が、乾燥している状態を、図２Ｂに示す。フィン２０の間を通過する空気の温度が、露点より低くなると、空気中の水蒸気がフィン２０上に結露水となって凝縮する。そのため、熱交換器３を通過した空気は湿度が低くなる。空気調和装置１の吹出口からは、湿度が低くなった乾いた空気が吹き出される。

　凝縮した結露水は、図２Ｃに模式的に示すように、フィン２０上に水膜２２を生成する。水膜２２の厚さの変化により、熱交換器３を通過する空気の通過しやすさが変化し、これにより、熱交換器３での圧力損失が変化する。なお、フィン２０の表面は、凝縮水が水滴化しやすいように、親水作用の強いコーティング剤で処理されている。水滴化された凝縮水は、空気調和装置１の外部に排出される。

　風向制御板５は、上下方向の風向制御を行う上下フラップである。風向制御板５は、ステッピングモータを用いて制御される。

　風上温度センサ６と風上湿度センサ７は、熱交換器３＿２の風上に配置されるセンサである。風上温度センサ６と風上湿度センサ７は、熱交換器３＿２を通過する前の空気の温度と湿度を検出する。風下温度センサ８と風下湿度センサ９は、熱交換器３＿２の風下に配置されるセンサである。風下温度センサ８と風下湿度センサ９は、熱交換器３＿２を通過した空気の温度と湿度を検出する。

　ファン回転センサ１０は、ファン４の回転数を読み取るセンサである。例えば、熱画像センサ１１は、詳細は後述するが、空調空間の寸法を割り出すための熱画像を撮像するセンサである。角度検出センサ１２は、風向制御板５の角度を検出するセンサである。角度検出センサ１２は、例えば、風向制御板５を制御するステッピングモータに備えられたロータリーエンコーダが用いられる。

　また、風上温度センサ６と、風上湿度センサ７と、風下温度センサ８と、風下湿度センサ９と、角度検出センサ１２は、電気配線を用いて空気調和装置１内の電気基板に接続されている。

　制御部１３は、記憶部１４に記憶された各種プログラムを実行し、空気調和装置１の動作を制御する。制御部１３には、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｕｎｉｔ）といった演算装置が用いられる。記憶部１４は、制御部１３が実行する各種プログラム、各センサの検出結果、空気調和装置１を制御するために必要な各種データを記憶している。記憶部１４には、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　ａｃｃｅｓｓ　ｍｅｍｏｒｙ）、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｃｉｒｃｕｉｔ）メモリといった記憶素子が用いられる。

　リモコン１５は、空気調和装置１の制御に必要な各種設定データを、ユーザが入力するためのコントローラである。ユーザは、例えば、リモコン１５から空気調和装置１へ、ユーザの嗜好する温度と湿度、ユーザの嗜好する温度と湿度に到達する希望時間を設定する。

　空気調和装置１を、冷房運転させる場合には、２つの運転モードを用いることができる。ひとつは冷房運転モードであり、もう１つが再熱除湿運転モードである。空気調和装置１は、冷房運転モードと再熱除湿運転モードを、随時切り替えることができる。

　まず、空気調和装置１を冷房運転モードだけで冷房運転させた場合における、空調空間内の空気の温度と湿度の関係について、図１、図３Ａ、図３Ｂを参照して説明する。
　冷房運転モードでは、図１に示す熱交換器３を全て、蒸発器として使う。蒸発器の温度は、外部から取り込まれる空気の温度より低く設定されている。したがって、熱交換器３を通過する空気は冷やされる。空気の温度が露点より小さくなると、空気中の水蒸気がフィン２０で結露水となって凝縮し、空気の温度と湿度が低下する。

　空気調和装置１を冷房運転モードだけで運転した場合における、空調空間内の空気の温度と湿度の関係の一例を、図３Ａ、図３Ｂに示す。この例では、空気調和装置１の運転開始時刻であるｔ０において、空調空間内の空気は、温度２８度、相対湿度７５％である。空気調和装置１の運転開始時刻からｔ１時間後、温度２０度、相対湿度５５％となる。すなわち、冷房運転モードでは、空気の温度と湿度が、空気調和装置１の運転時間に伴って、両方低下していく。

　次に、空気調和装置１を、冷房運転モードから再熱除湿運転モードに切り替えて冷房運転させた場合における、空調空間内の空気の温度と湿度の関係について、図１、図４Ａ、図４Ｂを参照して説明する。

　再熱除湿モードでは、熱交換器３の一部を、空気を冷やすための蒸発器として用いて、残りの熱交換器を、空気を温めるための凝縮器として用いる。例えば、熱交換器３＿１、３＿２を蒸発器として用い、熱交換器３＿３を凝縮器として用いる。凝縮器の温度は、蒸発器の温度より高く設定する。したがって、凝縮器を通過した空気の温度と湿度は、蒸発器を通過した空気の温度と湿度よりも高くなる。空気調和装置１の吹出口からは、蒸発器を通過した空気と凝縮器を通過した空気を混合した空気が吹き出される。

　空調空間内の空気の温度と湿度の関係の一例を、図４Ａ、図４Ｂに示す。図４Ａ、図４Ｂにおいて、空気調和装置１は、時刻ｔ０から時刻ｔ１までは冷房運転モードであり、時刻ｔ１から時刻ｔ２までは再熱除湿運転モードである。

　空気調和装置１の運転開始時刻であるｔ０において、温度２８度、相対湿度７５％であった空気は、時刻からｔ１に、温度２３度、相対湿度５５％となる。時刻ｔ０から時刻ｔ１までは冷房運転モードであるため、空気の温度と湿度が両方低下する。時刻ｔ１において、空気調和装置１の運転方法を、室温を維持したまま除湿するように、冷房運転モードから再熱除湿運転モードに切り替えたとする。この場合、時刻ｔ１において、温度２３度、相対湿度６０％であった空気は、時刻ｔ２において、温度２３度、相対湿度５５％となる。

　このように、再熱除湿運転モードでは、温度を維持したまま、湿度だけを低下させることができる。そのため、再熱除湿運転モードは、冷房運転モードと比較して、温度と湿度の下げ過ぎを抑制することができる。しかしながら、再熱除湿モードは、蒸発器と凝縮器の２つの運転を行うため、消費電力量が冷房運転モードよりも大きくなる。

　空気調和装置１を使うユーザの好みは様々であり、例えば、冷房運転モードを用いてより早く温度と湿度を下げたい、消費電力は大きくても良いので再熱除湿運転モードを用いて温度の下げ過ぎを抑制したい、消費電力を抑制しつつより早く温度と湿度を下げたい、というように、多くの可能性が考えられる。

　そこで、空気調和装置１を、自動的に冷房運転モードと再熱除湿モードに適切なタイミングで自動的に切り替えて制御することにより、ユーザの好みを反映しつつ、消費電力を抑制できるようにする。

　空気調和装置１において、冷房運転モードと再熱除湿モードを自動的に切り替えるための制御フローを、図５に示す。この制御フローは、制御部１３が実行する処理である。この制御フローは、リモコン１５から、ユーザの嗜好する温度、湿度または、ユーザの嗜好する温度、湿度に到達するまでのユーザの希望時刻が入力された場合に、制御部１３において実行される。

　制御フローでは、まず、エンタルピー総量計算処理３１が、空気調和装置１の冷房運転開始時からのエンタルピー総量を計算する。エンタルピー総量計算処理部３１は、風上温度センサ６と風下温度センサ８で検出した温度から、熱交換器３の風上から風下に至るまでの空気の温度変化量を算出する。次に、エンタルピー総量計算処理部３１は、風上湿度センサ７と風下湿度センサ９で検出した湿度から、熱交換器３の風上から風下に至るまでの空気の湿度変化量を算出する。エンタルピー総量計算処理部３１は、算出した空気の温度変化量及び湿度変化量と、角度検出センサ１２で検出した風向制御版５の角度と、ファン回転センサ１０で読み取ったファン４の回転数から、空気調和装置１の冷房運転開始時からのエンタルピー総量を計算する。

　次に、熱負荷総量計算処理部３２が、熱画像センサ１１で撮像された空調空間の熱画像を元にして、空調空間内の体積を算出する。また、リモコン１５から入力されたユーザの希望時刻までに、現在の室内の温度と湿度が、ユーザの嗜好する温度と湿度に到達するまでに必要なエンタルピー変化量を求める。このエンタルピー変化量と室内の容積から、現在の室内の温度と湿度が、ユーザの嗜好する温度と湿度に到達するまで必要とする熱負荷量を計算する。

　最適運転モード切替時間計算処理部３４は、エンタルピー総量計算処理部３１で算出されたエンタルピー総量と、熱負荷総量計算処理部３２で計算された熱負荷総量とに基づいて、冷房運転モードと再熱除湿モードを切り替える運転切替指令を生成する。最後に、運転モード切替処理部３５は、最適運転モード切替時間計算処理部３４で生成された運転切替指令に基づいて、冷房運転モードと再熱除湿モードを切り替える。

　図５に示した制御フローは、冷房運転モード切替処理のプログラムを実行することにより実現される。冷房運転モード切替処理のプログラムは、空気調和装置１の記憶部１４に記憶されている。制御部１３は、リモコン１５から空気調和装置１に、ユーザの嗜好する温度、湿度または、ユーザの嗜好する温度、湿度に到達するまでのユーザの希望時刻が入力された場合に、記憶部１４から冷房運転モード切替処理のプログラムを読み出して、実行する。

　なお、リモコン１５から空気調和装置１に入力されたユーザの嗜好する温度、湿度または、ユーザの嗜好する温度、湿度に到達するまでのユーザの希望時刻は、それぞれユーザの嗜好する温度Ｋ＿ｕｓｅｒ［℃］と湿度Ｍ＿ｕｓｅｒ[％]、ユーザが嗜好する温度Ｋ＿ｕｓｅｒ［℃］、湿度Ｍ＿ｕｓｅｒ[％]に到達する希望時間Ｔｉｍｅ＿ｕｓｅｒ［ｓ］として、記憶部１４に記憶される。

　冷房運転モード切替処理について、図６から図１２を参照して詳細に説明する。図６に示すように、制御部１３は、冷房運転モード切替処理を開始すると、まず、エンタルピー総量計算処理を実行する（ステップＳ１０１）。エンタルピー総量計算処理について、図７に示すフローチャートを参照して説明する。

　エンタルピー総量計算処理では、まず、風向制御板５の圧力損失と、熱交換器３の圧力損失とに基づいて、送風風路の圧力損失を求める。求めた送風風路の圧力損失を用いて、空気調和装置１の吹出口から吹き出される空気の送風量Ｖ［ｍ^３／ｍｉｎ］を算出する。算出した送風量Ｖ［ｍ^３／ｍｉｎ］を用いて、顕熱負荷と潜熱負荷を算出する。

　制御部１３は、冷房運転時間と、熱交換器３の潜熱負荷と、フィン２０に付着する凝縮水量の関係を、予め、熱交換器圧力損失データベースにまとめる。この熱交換器圧力損失データベースは、記憶部１４に記憶される。

　また、制御部１３は、開発時における試験データを用いて、ファン４の回転数と、風向制御板５の角度と、風向制御板５での圧力損失との関係における風向制御板圧力損失データベースを、予め作成する。制御部１３は、作成した風向制御板圧力損失データベースに、運転状態時における風向制御板５での圧力損失を随時記録する。風向制御板圧力損失データベースは、記憶部１４に記憶される。

　制御部１３は、熱交換器３の圧力損失と風向制御板５での圧力損失との関係を、予め、送風風路圧力損失データベースにまとめる。送風風路圧力損失データベースは、記憶部１４に記憶される。

　図７に示すように、制御部１３は、風上湿度センサ７と風下湿度センサ９で検出した湿度から、熱交換器３の風上から風下に至るまでの空気の湿度変化量を算出する。制御部１３は、算出した湿度変化量から、潜熱負荷を算出する。

　制御部１３は、記憶部１４に記憶される熱交換器圧力損失データベースから、算出した潜熱負荷に応じた熱交換器３の圧力損失を割り出し、熱交換器３の圧力損失Ｒ_熱交換器[（Ｐａ）／（ｍ^３／ｍｉｎ）]として数値化する（ステップＳ２０１）。

　次に、風向制御板５の圧力損失を求める。制御部１３は、ファン回転センサ１０からファン４の回転数を取得し、角度検出センサ１２から風向制御板５の角度を取得する。制御部１３は、記憶部１４に記憶された風向制御板圧力損失データベースから、ファン４の回転数と風向制御板５の角度とに応じた風向制御板５の圧力損失を取得する。取得した風向制御板５の圧力損失を、風向制御板５の圧力損失Ｒ_{風向制御板}[（Ｐａ）／（m^３／ｍｉｎ）]として数値化する（ステップＳ２０２）。

　制御部１３は、記憶部１４に記憶された送風風路圧力損失データベースを読み出し、熱交換器３の圧力損失と、風向制御板５の圧力損失とに応じた送風風路の圧力損失を取得する。取得した送風風路の圧力損失を、送風風路の圧力損失R_送風風路[（Ｐａ）／（ｍ^３／ｍｉｎ）]として数値化する（ステップＳ２０３）。

　次に、送風量Ｖ［ｍ^３／ｍｉｎ］を求める。ファン４が発生させる風の静圧ΔＰ［Ｐａ]と、送風量Ｖ［ｍ^３／ｍｉｎ］の関係である静圧特性を、式（１）に示す。ａ、ｂ、ｃ、ｄは定数である。

　　　　ΔＰ＝ａＶ³＋ｂＶ²＋ｃＶ＋ｄ　（１）

　また、送風風路の圧力損失R_送風風路[（Ｐａ）／（ｍ^３／ｍｉｎ）]用いて、静圧ΔＰ［Ｐａ]と、送風量Ｖ［ｍ^３／ｍｉｎ］の関係を、式（２）に示す。

　　　　ΔＰ＝Ｒ_送風風路・Ｖ　（２）

　上述の式（１）と式（２）の連立方程式を解いて、送風量Ｖ［ｍ^３／ｍｉｎ］を求める（ステップＳ２０４）。

　制御部１３は、風上温度センサ６に熱交換器３の風上の温度Ｋ１[℃]を検出させる。制御部１３は、風上湿度センサ７に熱交換器３の風上の湿度Ｍ１[％]を検出させる。制御部１３は、風下温度センサ８に熱交換器３の風下の温度Ｋ２[℃]を検出させる。制御部１３は、風下湿度センサ９に熱交換器３の風下の湿度Ｍ２[％]を検出させる（ステップＳ２０５）。

　空気は、熱交換器３の風上から風下に至るまでに、（温度Ｋ１、湿度Ｍ１）から（温度Ｋ２、湿度Ｍ２）に変化する。ここで、図８に示す空気線図を用いて、単位質量当りの空気が（温度Ｋ１、湿度Ｍ１）から（温度Ｋ２、湿度Ｍ２）に変化する際のエンタルピー［Ｊ／ｋｇ］を算出する。

　図８において、空気は、（温度Ｋ１、湿度Ｍ１）から、露点を経由して（温度Ｋ２、湿度Ｍ２）に変化する。その際の、比エンタルピーはＨである。この比エンタルピーＨから、エンタルピー［Ｊ／ｋｇ］を算出する（ステップＳ２０６）。

　ステップＳ２０６で算出したエンタルピー［Ｊ／ｋｇ］に、ステップＳ２０４で算出した送風量Ｖ［ｍ^３／ｍｉｎ］と空気密度ρ［ｋｇ］を掛け、単位時間あたりのエンタルピーを算出する（ステップＳ２０７）。単位時間あたりのエンタルピーに、空気調和装置１の冷房運転開始時から現在に至るまで時間を掛け、エンタルピー総量を算出する（ステップＳ２０８）。

　次に、制御部１３は、冷房運転モード切替処理の熱負荷総量計算処理実行する（ステップＳ１０２）。熱負荷総量計算処理動作について、図９に示すフローチャートを参照して説明する。

　熱画像センサ１１は、図１０に示すように、空調空間４０内の熱画像を撮像する（ステップＳ３０１）。制御部１３は、熱画像センサ１１から熱画像を取得する。制御部１３は、熱画像から、床面、壁面の境目であるエッジ４１を検出する。制御部１３は、検出したエッジ４１の長さから床面、壁面の寸法を求める。求めた床面、壁面の寸法から空調空間の体積Ｖｒｏｏｍ［ｍ^３］を算出する。（ステップＳ３０２）。

　制御部１３は、風上温度センサ６と風上湿度センサ７から、現在の熱交換器３の風上の温度Ｋ１[℃]と湿度Ｍ１[％]とを取得する（ステップＳ３０３）。現在の熱交換器３の風上の温度Ｋ１[℃]と湿度Ｍ１[％]とは、熱交換器３に吸込まれる直前の空気であるので、現在の室内の温度と湿度と見なすことができる。

　制御部１３は、記憶部１４から、リモコン１５から空気調和装置１に入力されたユーザの嗜好する温度Ｋ＿ｕｓｅｒ［℃］と湿度Ｍ＿ｕｓｅｒ[％]、ユーザが嗜好する温度Ｋ＿ｕｓｅｒ［℃］、湿度Ｍ＿ｕｓｅｒ[％]に到達する希望時間Ｔｉｍｅ＿ｕｓｅｒ［ｓ］を、取得する（ステップＳ３０４）。

　制御部１３は、現在の室内の（温度Ｋ１、湿度Ｍ１）からユーザの嗜好する（温度Ｋ＿ｕｓｅｒ、湿度Ｍ＿ｕｓｅｒ）まで変化するために必要なエンタルピーを、図１１に示す空気線図を用いて算出する。図１１において、空気は（温度Ｋ１、湿度Ｍ１）から、露点を経由して（温度Ｋ＿ｕｓｅｒ、湿度Ｍ＿ｕｓｅｒ）に変化する。その際の、比エンタルピーはＨ２である。制御部１３は、この比エンタルピーＨ２から、エンタルピー［Ｊ／ｋｇ］を算出する（ステップＳ３０５）。

　制御部１３は、算出したエンタルピーに、ステップＳ３０２で算出した空調空間の体積Ｖｒｏｏｍ［ｍ^３］と、空気密度ρ［ｋｇ］を掛け、ユーザの嗜好する温度と湿度に到達するまでに必要な熱負荷の総量である熱負荷総量を計算する（ステップＳ３０６）。

　制御部１３は、冷房運転モード切替処理の最適運転モード切替時間計算処理を実行する（ステップＳ１０３）。最適運転モード切替時間計算処理の動作について、図１２に示すフローチャートを参照して説明する。

　上述のステップＳ１０１のエンタルピー総量計算処理で算出したエンタルピー総量から、空気調和装置１の冷房運転開始時から現在に至るまでのエンタルピーの変化の傾向を求める。求めたエンタルピーの変化の傾向に基づいて、現在の運転モードを続けた場合に、現在からユーザの希望時間までに処理できるエンタルピーの総量であるエンタルピー処理総量を算出する（ステップＳ４０１）。算出したエンタルピー処理総量が、ユーザの希望時間までの熱負荷総量より下回る場合には（ステップＳ４０２；ＹＥＳ）、ユーザの希望時間までにユーザが嗜好する温度と湿度を得ることができない。そのため、運転切替指令として「冷房運転モードで運転する」を生成する（ステップＳ４０３）。空気調和装置１を冷房運転モードで運転することにより、熱交換器３の温度を下げる、ファン４の風量を上げるといった冷房運転が行われるため、ユーザの希望時間までにユーザの嗜好する温度と湿度が得られるようになる。

　算出したエンタルピー処理総量が、ユーザの希望時間までの熱負荷総量より上回る場合には（ステップＳ４０２；ＮＯ）、ユーザの希望時間よりも前にユーザが嗜好する温度と湿度が得られる。そのため、運転切替指令として「再熱除湿モードで運転する」を生成する（ステップＳ４０４）。空気調和装置１は、再熱除湿モードで運転されることにより、室内の温度と湿度の低下を抑えることができるため、ユーザの希望時間に合わせて、ユーザが嗜好する温度と湿度が得られるようにすることができる。

　制御部１３は、冷房運転モード切替処理の運転モード切替処理を実行する（ステップＳ１０４）。運転モード切替処理の動作について、図１３に示すフローチャートを参照して説明する。

　制御部１３は、上述のステップＳ１０３の最適運転モード切替時間計算処理で生成した運転指令を取得する（ステップＳ５０１）。制御部１３は、取得した運転指令が「冷房運転モードで運転する」であれば（ステップＳ５０２；ＹＥＳ）、空気調和装置１を冷房運転モードで運転する（ステップＳ５０３）。制御部１３は、取得した運転指令が「冷房運転モードで運転する」でなければ（ステップＳ５０２；ＮＯ）、空気調和装置１を再熱除湿モードで運転する（ステップＳ５０４）。

　以上のように、実施の形態１においては、風上温度センサ６と風上湿度センサ７が検出した熱交換器３の風上の温度と湿度と、風下温度センサ８と風下湿度センサ９が検出した熱交換器３の風下の温度と湿度に基づいて求めた現在からユーザの希望時間までに処理できるエンタルピー総量と、現在の温度と湿度からユーザの嗜好する温度と湿度に到達するまでに必要とする熱負荷総量とを比較することで、ユーザの希望時間に合わせて、現在の温度と湿度から、ユーザの嗜好する温度と湿度に到達するように、自動的に冷房運転モードと再熱除湿モードを切り替えることができる。

（変形例１）
　実施の形態１では、熱画像センサ１１が撮像した空調空間４０の室内の熱画像から室内の寸法を割り出しているが、熱画像センサ１１の代わりに画像センサを用いてもよい。この場合、図９に示す、熱負荷総量計算処理のステップＳ３０１～Ｓ３０２において、熱画像センサ１１の代わりに、画像センサを用いる。

（変形例２）
　実施の形態１では、風下温度センサ８と風下湿度センサ９を、熱交換器３＿２の風下に配置しているが、風向制御板５に配置してもよい。風向制御板５には、空気調和装置１の吹出口から吹き出される空気が直接当たる。そのため、風下温度センサ８と風下湿度センサ９は、空調空間４０内に吹き出される直前の空気の温度と湿度を検出することができ、エンタルピー総量計算処理の計算精度を高めることができる。

実施の形態２．
　制御部１３は、熱画像センサ１１または画像センサが撮像した画像から、パターン認識することで洗濯中の衣服、調理中の鍋といった湿度発生源を特定することができる。制御部１３は、衣服、調理中の鍋といった湿度発生源についての教師付き学習データを用意し、サポートベクターマシン、ニューラルネットワークといった機械学習を用いてデータを学習することで、パターン認識ができるようになる。制御部１３が学習した結果は、記憶部１４に記憶される。制御部１３は、記憶部１４から学習した結果を読み出して、パターン認識を行う。

　図１４に、湿度発生源からの湿度発生量のデータベース示す。このデータベースを用いて、湿度発生源からの湿度発生量を算出することができる。算出した湿度発生量から、室内の湿度の単位時間あたりの変化量を推定できる。

　制御部１３は、熱負荷総量計算処理のステップＳ３０５において、室内の湿度の単位時間あたりの変化量を用いて、現在からユーザの希望時間までの温度の変化量を算出する。制御部１３は、算出した湿度の変化量に基づいてエンタルピーを求める。制御部１３は、求めたエンタルピーを、現在の室内の（温度Ｋ１、湿度Ｍ１）からユーザの嗜好する（温度Ｋ＿ｕｓｅｒ、湿度Ｍ＿ｕｓｅｒ）まで変化するために必要なエンタルピーに加える。これにより、熱負荷総量計算処理で求める熱負荷総量の精度を高めることができる。

実施の形態３．
　制御部１３は、熱画像センサ１１、画像センサで撮像した画像からパターン認識をすることで、空調空間４０の扉や窓を特定することができる。ユーザが、室外の天候情報をインターネット、新聞、テレビといったものから入手し、空気調和装置１に手動で入力する。これにより、空気調和装置１は、外気の温度と湿度を得ることができる。

　制御部１３は、窓と扉と床の寸法、窓と扉の開閉回数をカウントする。制御部１３は、換気量を計算する換気量計算処理を実装する。換気量計算処理は、外気の温度と湿度を反映することで、窓と扉の開閉によって空調空間４０が換気されることにより、空調空間４０に入る室外からの温度と湿度の単位時間あたりの流入出量を推定することができる。

　制御部１３は、熱負荷総量計算処理のステップＳ３０５において、換気量計算処理で推定した単位時間あたりの温度と湿度との流入出量を用いて、現在からユーザの希望時間までの温度と湿度の流入出量を算出する。制御部１３は、算出した温度と湿度の流入出量に基づいてエンタルピーを求める。制御部１３は、求めたエンタルピーを、現在の室内の（温度Ｋ１、湿度Ｍ１）からユーザの嗜好する（温度Ｋ＿ｕｓｅｒ、湿度Ｍ＿ｕｓｅｒ）まで変化するために必要なエンタルピーに加える。
　これにより、熱負荷総量計算処理が算出する熱負荷総の精度を上げることができる。

　上記の各実施の形態において、冷房運転モード切替処理のプログラムは、ＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ　Ｄｉｓｃ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｃ）、光磁気ディスク（Ｍａｇｎｅｔｏ－Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｄｉｓｃ）、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｂｕｓ）メモリ、メモリカード、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ　ｄｉｓｋ　ｄｒｉｖｅ）といったコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布することも可能である。そして、このように配布した冷房運転モード切替処理のプログラムを特定の又は汎用のコンピュータにインストールすることによって、当該コンピュータを上記の各実施の形態における制御部１３として機能させることも可能である。

　また、冷房運転モード切替処理のプログラムを、インターネットといったネットワーク上のサーバが有する各種コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納しておき、サーバからコンピュータに冷房運転モード切替処理のプログラムがダウンロードされるようにしてもよい。

　本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、請求の範囲によって示される。そして、請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。

　本発明は、空気調和装置、制御方法およびプログラムに好適に利用することができる。

１　空気調和装置、２　フィルタ、３　熱交換器、４　ファン、５　風向制御板、６　風上温度センサ、７　風上湿度センサ、８　風下温度センサ、９　風下湿度センサ、１０　ファン回転センサ、１１　熱画像センサ、１２　角度検出センサ、１３　制御部、１４　記憶部、１５　リモコン、２０　フィン、２１　配管、２２　水膜、３１　エンタルピー総量計算処理部、３２　熱負荷総量計算処理部、３４　最適運転モード切替時間計算処理部、３５　運転モード切替処理部、４０　空調空間、４１　エッジ。

Claims

　熱交換器と、
　前記熱交換器の風上側に配置した風上温度センサ及び風上湿度センサと、
　前記熱交換器の風下側に配置した風下温度センサ及び風下湿度センサと、
　前記風上温度センサ及び前記風上湿度センサが検出した風上側の温度と湿度から、前記風下温度センサ及び前記風下湿度センサが検出した風下側の温度と湿度へ空気が変化する際の第１エンタルピーを用いて求められるエンタルピー総量と、前記風上温度センサ及び前記風上湿度センサが検出した風上側の温度と湿度から、ユーザの設定した温度と湿度へ空気が変化する際の第２エンタルピーを用いて求められる熱負荷総量とに基づいて、ユーザの設定した希望時間に、前記ユーザの設定した温度と湿度へ空調空間内の空気が変化するように運転モードを制御する制御部と、を備える空気調和装置。
　前記制御部は、送風量と、空気密度と、前記第１エンタルピーとから単位時間あたりのエンタルピーを求め、前記単位時間あたりのエンタルピーから前記空気調和装置の運転開始時から現在までのエンタルピーの総量である前記エンタルピー総量を求める請求項１に記載の空気調和装置。
　前記空気調和装置は、前記空調空間内を撮像する撮像手段をさらに備え、
　前記制御部は、前記撮像手段で撮像した空調空間内の画像から空調空間の体積を算出し、前記体積と空気密度と前記第２エンタルピーとから前記熱負荷総量を求める請求項１または２に記載の空気調和装置。
　前記制御部は、前記撮像手段で撮像した画像から、パターン認識によって前記空調空間内の湿度発生源を特定し、前記特定した湿度発生源に基づいて求められる湿度の変化量から、湿度の変化量のエンタルピーを求め、求めた前記湿度の変化量のエンタルピーを、前記熱負荷総量に加える請求項３に記載の空気調和装置。
　前記運転モードは、冷房運転モードと再熱除湿運転モードであって、
　前記制御部は、前記エンタルピー総量からエンタルピーの変化の傾向を求め、前記傾向に基づいて現在の運転モードを続けた場合にユーザの希望時間までに処理できるエンタルピー処理総量を算出し、前記エンタルピー処理総量が前記熱負荷総量を下回る場合には前記運転モードを前記冷房運転モードに切り替えるように制御し、前記エンタルピー処理総量が前記熱負荷総量を上回る場合には前記運転モードを前記再熱除湿運転モードに切り替えるように制御する請求項１から４のいずれか１項に記載の空気調和装置。
　前記制御部は、外部から入手した天候の情報から外気の温度と湿度を取得し、換気によって室内に流入出する室外からの温度と湿度の流入出量を推定し、推定した前記温度と湿度の流入出量から、流入出量のエンタルピーを求め、求めた前記流入出量のエンタルピーを、前記熱負荷総量に加える請求項１から５のいずれか１項に記載の空気調和装置。
　熱交換器と、前記熱交換器の風上側に配置した風上温度センサ及び風上湿度センサと、前記熱交換器の風下側に配置した風下温度センサ及び風下湿度センサとを備える空気調和装置を制御する制御方法であって、
　前記風上温度センサ及び前記風上湿度センサが検出した風上側の温度と湿度から、前記風下温度センサ及び前記風下湿度センサが検出した風下側の温度と湿度へ空気が変化する際の第１エンタルピーを用いてエンタルピー総量を求め、
　前記風上温度センサ及び前記風上湿度センサが検出した風上側の温度と湿度から、ユーザの設定した温度と湿度へ空気が変化する際の第２エンタルピーを用いて熱負荷総量を求め、
　前記エンタルピー総量と前記熱負荷総量とに基づいて、ユーザの設定した希望時間に、前記ユーザの設定した温度と湿度へ空調空間内の空気が変化するように運転モードを制御する制御方法。
　空気調和装置を制御する手段としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、
　前記コンピュータに、
　風上温度センサ及び風上湿度センサが検出した風上側の温度と湿度から、風下温度センサ及び風下湿度センサが検出した風下側の温度と湿度へ空気が変化する際の第１エンタルピーを用いてエンタルピー総量を求める処理、
　前記風上温度センサ及び前記風上湿度センサが検出した風上側の温度と湿度から、ユーザの設定した温度と湿度へ空気が変化する際の第２エンタルピーを用いて熱負荷総量を求める処理、
　前記エンタルピー総量と前記熱負荷総量とに基づいて、ユーザの設定した希望時間に、前記ユーザの設定した温度と湿度へ空調空間内の空気が変化するように運転モードを制御する処理、
　を実行させるプログラム。