JP2007032885A - 空気調和機の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 部屋の上下温度差、及び床付近の平面温度差を共に改善できる空気調和機の制御方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 輻射温度検知手段により、部屋の床付近の複数のエリアの床温度を測定する第１のステップと、測定した複数のエリアの床温度を平均化して、平均床温度Ｔａを演算する第２のステップと、吸込み空気温度センサーの検知温度をＴｃ、輻射温度寄与率をα（０〜０．５）としたとき、部屋温度Ｔｄを、Ｔｄ＝（１−α）Ｔｃ＋αＴａの演算式から算出する第３のステップと、部屋温度Ｔｄと設定温度Ｔｂとを比較する第４のステップと、部屋温度Ｔｄが設定温度Ｔｂに達しない場合は、室内送風機の風量または圧縮機の能力制御を行う第５のステップとを備えたことを特徴とする。
【選択図】 図６

Description

この発明は、可動式の輻射センサーを用いて、ほぼ部屋全体の床温度を検知し、部屋の上下温度差、床平面温度差が少なくなるように、圧縮機の運転周波数、室内機送風機の風量等を制御する空気調和機の制御方法に関するものである。

尚、空気調和機として、天井埋込カセット形空気調和機を用いて説明するが、その他の天井埋込形（ダクト式）、天吊り形等にも本発明は適用可能である。

従来の天井埋込カセット形空気調和機は、室内機の吸込み口に設置されている温度センサーで検知した温度を部屋の温度として、圧縮機の運転周波数、室内機送風機の風量等を制御している。しかし、空気の温度だけでは日射や床・壁などの輻射熱、機器の発熱等の影響によって、人間が感じる温度を正確に捉えられない。また、暖房時は空気の比重差で暖かい空気が上方にたまり込むため、天井付近の高い温度を検知し、居住空間の温度とは誤差が生じる。このように居住空間の温度を正確に捉えられないため、ユーザが適宜、設定温度を変えて、対応していた。しかし、省エネ管理が厳しく設定温度が変えられない場合は、冷えない／暖まらないなどの課題がある。

そこで、多方向（例えば、２、３あるいは４方向）吹出タイプの空気調和機において、吹出方向に対応する多方向の領域における上下温度分布を赤外線センサー等を用いて検知し、その検知情報に基づいて吹出空気流を制御するようにして、室内温度の均一な快適制御を可能にする空気調和機の吹出空気制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平３−２６０５４５６号公報

しかしながら、上記従来の空気調和機の吹出空気制御装置では、床や壁は熱容量が大きく、空気の温度よりも温度変化が遅いため、床や壁からの輻射温度を大きく見積もると、すでに快適な温度に制御しているにも関わらず、床や壁の温度が変わるまで余分なエネルギーを使ったり、不快感を与える場合があり、単純な平均化処理では快適性を損なう恐れがあった。また、部屋の上下の温度差はある程度改善されるものの、床付近の平面温度差は改善できないという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、部屋の上下温度差、及び床付近の平面温度差を共に改善できる空気調和機の制御方法を提供することを目的とする。

この発明に係る空気調和機の制御方法は、室内機が天井等の高所に据え付けられ、室内送風機からの吹出し空気を下向きに吹出すように構成され、複数の吹出し口と、空気の吸込み口と、床等の物体が輻射する赤外線を検知して物体の温度を検出し、部屋のほぼ垂直方向にその回転軸が配置されたモータにより駆動され、検知方向が回転軸に対して所定角度傾いて回転軸に取り付けられ、約３６０゜の範囲で回転して床等の物体の温度を検出する輻射温度検知手段と、冷凍サイクルの圧縮機と、吸込み口に設けられた吸込み空気温度センサーとを備えた空気調和機の制御方法において、輻射温度検知手段により、部屋の床付近の複数のエリアの床温度を測定する第１のステップと、測定した複数のエリアの床温度を平均化して、平均床温度Ｔａを演算する第２のステップと、吸込み空気温度センサーの検知温度をＴｃ、輻射温度寄与率をα（０〜０．５）としたとき、部屋温度Ｔｄを、Ｔｄ＝（１−α）Ｔｃ＋αＴａの演算式から算出する第３のステップと、部屋温度Ｔｄと設定温度Ｔｂとを比較する第４のステップと、部屋温度Ｔｄが設定温度Ｔｂに達しない場合は、室内送風機の風量または圧縮機の能力制御を行う第５のステップとを備えたことを特徴とする。

この発明に係る空気調和機の制御方法は、上記構成により、部屋の上下温度差、及び床付近の平面温度差を共に改善でき、冷えない・暖まらないという快適性に関わる使用者の不満を解消することができる。

実施の形態１．
図１乃至７は実施の形態１を示す図で、図１は天井埋込カセット形空気調和機の室内機１の側面図と平面図、図２は天井埋込カセット形空気調和機の室内機１の縦断面図、図３は輻射センサー２を示す図、図４は天井埋込カセット形空気調和機の冷媒回路図、図５は輻射センサー２を回転させて測定する部屋の８箇所の領域（ａ１〜ａ８）を示す図、図６は輻射センサー２の測定結果に基づく部屋の温度制御のフローチャート、図７は天井埋込カセット形空気調和機の室内機１の吹出し口付近の拡大図である。

図１に示すように、天井埋込カセット形空気調和機の室内機１は、外箱１１の下面にパネル２０が当接結合されている。パネル２０は、中央部に位置する空気の吸込み口３と、この吸込み口３を囲む４個の吹出し口４とを備えている。吹出し口４は、ここでは４方向であるが、多方向（例えば、２、３・・・方向）の吹出タイプでもよい。

また、吸込みと吹出しの空気の抵抗にならないパネル２０のコーナー部に、床等の物体が輻射する赤外線を検知して物体の温度を検出する輻射センサー２（輻射温度検知手段の一例）が設置されている。さらに、パネル２０の中央部に位置する吸込み口３付近には、吸込み空気の温度を検出する吸込み空気温度センサー６が設置されている。

図２により、天井埋込カセット形空気調和機の室内機１の全体構成を簡単に説明する。室内機１は、断熱材１４が内面に施された外箱１１に、パネル２０が当接結合され、図示しない固定ボルトにより取付金具１８を介して天壁に固定される。外箱１１の内部中央付近に、ファン１２ｂをファンモータ１２ａで駆動する室内送風機１２を備えている。室内送風機１２が吸込み口３のグリル２３、フィルタ２２及びベルマウス１７を通して室内空気を吸い込み、一次側空間２４に高圧空気を吐き出す。高圧空気は室内熱交換器１５を通り、二次側空間２５に入り、吹出し口４から室内へ吹出される。室内熱交換器１５の下方に、ドレンパン１６が設置されている。輻射センサー２は、パネル２０のコーナー部に別部品として取り付けられるコーナーパネル２１（４個）のいずれかに設けられる。

図３に示すように、コーナーパネル２１に設置される輻射センサー２は、輻射センサー２の検知方向が部屋の垂直方向に対して所定角度（例えば、３０゜）傾くように取り付けられ、回転軸５ａが部屋の垂直方向に向いたモータ５（例えば、ステッピングモータ）によって約３６０゜回転する。例えば、時計方向に約３６０゜回転して、床が輻射する赤外線を検知して床の温度を検出し、次は反時計方向に約３６０゜回転して床温を検出する。この往復動作を繰り返す。

図４により、天井埋込カセット形空気調和機の冷媒回路について簡単に説明する。

天井埋込カセット形空気調和機は、室内機１と室外機６０とを備えている。室内機１と、室外機６０とは接続配管３５及び接続配管３７により接続されている。室内機１は、図２に示した室内熱交換器１５と、室内送風機１２と、室内送風機１２等を制御する室内制御部４６とを有する。室内制御部４６には、使用者が操作するリモコン４７が有線で接続されている。

室外機６０は、室内制御部４６と信号線で接続された室外制御部４４で制御されるインバータ回路４５で周波数可変に駆動される圧縮機３１と、冷媒の流れる方向を切り替える四方弁３２と、減圧装置である電子膨張弁３４と、室外熱交換器３３と、室外送風機４０と、アキュムレータ３８とを有する。

そして、例えば、冷房運転時には、圧縮機３１、四方弁３２、室外熱交換器３３、電子膨張弁３４、室内熱交換器１５、四方弁３２、アキュムレータ３８、圧縮機３１の順に接続して、冷媒回路を構成する。

室内機１の冷房又は暖房能力を制御する場合は、室内送風機１２の回転数を変化させるか、又は圧縮機３１を駆動するインバータ回路４５の周波数を変化させる。但し、圧縮機３１の能力制御には、インバータ回路４５の周波数を変える方法以外に、室外送風機４０の回転数を変化させる方法等がある。

次に輻射センサー２を用いて部屋の温度を制御する動作を、図５、図６により説明する。図５に示すように、部屋の床を８つのエリア（ａ１〜ａ８）に分けてそれぞれの床温を測定する。まず、予め決めた基準位置からａ１、ａ２・・・ａ８と順に時計周りに輻射センサー２をモータ５により回転させる。それぞれの位置で５秒間停止し、床の輻射温度Ｔ１、Ｔ２・・・Ｔ８（ａ１、ａ２・・・ａ８に対応する）を測定する（図６のＳ１（第１のステップ））。この動作は、例えば１分毎に行うが、輻射センサー２の回転方向は、時計方向、反時計方向を繰り返す。

輻射センサー２で測定したデータを平均化する（図６のＳ２（第２のステップ））。この場合の演算式は、
Ｔａ＝（ΣＴｎ）／８・・・（１）
ここで、Ｔａは平均床温度、Ｔｎ（ｎ＝１〜８）
は、各エリア（ａ１〜ａ８）の床温度である。

人の体感温度は、空気温度、輻射温度、湿度、気流に影響され、その中でも空気温度、輻射温度の占める割合が大きい。一般的に空気温度に対して輻射温度の割合は５０％以下である。そこで、次式により、部屋温度Ｔｄを算出する（図６のＳ３（第３のステップ））。
Ｔｄ＝（１−α）Ｔｃ＋αＴａ・・・（２）
ここで、Ｔｃは吸込み空気温度センサー６の検知温度、αは輻射温度寄与率（０〜０．５）である。

部屋温度Ｔｄと、室温の設定温度Ｔｂとを比較する（図６のＳ４（第４のステップ））。冷房運転時はＴｄ≦Ｔｂ、暖房運転時はＴｄ≧Ｔｂを満たさない場合は、室内送風機１２の風量制御または圧縮機３１の能力制御を行う（図６のＳ５（第５のステップ））。

次に、冷房運転時は、各エリア（ａ１〜ａ８）の個々の床温Ｔｎ（ｎ＝１〜８）の中で最も高い温度Ｔｎｍａｘを算出する。暖房運転時は、各エリア（ａ１〜ａ８）の個々の床温Ｔｎ（ｎ＝１〜８）の中で最も低い温度Ｔｎｍｉｎを算出する。そして、冷房時と暖房時の局所的な部屋温度Ｔｄ’を次式で算出する（図６のＳ６（第６のステップ））。
冷房時 局所的な部屋温度Ｔｄ’＝（１−α）Ｔｃ＋αＴｎｍａｘ・・・（３）
暖房時 局所的な部屋温度Ｔｄ’＝（１−α）Ｔｃ＋αＴｎｍｉｎ・・・（４）

局所的な部屋温度Ｔｄ’が、冷房運転時には設定温度Ｔｂより高いか、また暖房時には設定温度Ｔｂより低いかを判定する（図６のＳ７（第７のステップ））。局所的な部屋温度Ｔｄ’が、冷房運転時には設定温度Ｔｂより低く、また暖房時には設定温度Ｔｂより高い場合は、Ｓ１に戻る。

冷房運転時、局所的な部屋温度Ｔｄ’が設定温度Ｔｂより高いとき、または暖房運転時、局所的な部屋温度Ｔｄ’より低いときは、その局所的な部屋温度Ｔｄ’と設定温度Ｔｂとの差を所定値ｃ（例えば、２℃）と比較する（図６のＳ８（第８のステップ））。その局所的な部屋温度Ｔｄ’と設定温度Ｔｂとの差がｃより小さい場合は、ハンチングを避けるためＳ１に戻る。

局所的な部屋温度Ｔｄ’と設定温度Ｔｂとの差がｃより大きい場合は、室内送風機１２の風量制御または圧縮機３１の能力制御を行う（図６のＳ９（第９のステップ））。そして、Ｓ１と同様の方法により、床の輻射温度Ｔ１、Ｔ２・・・Ｔ８（ａ１、ａ２・・・ａ８に対応する）を測定する（図６のＳ１０（第１０のステップ））。また、Ｓ２と同様の方法により、輻射センサー２で測定したデータを平均化して、平均床温度Ｔａを演算する（図６のＳ１１（第１１のステップ））。さらに、Ｓ３と同様の方法により、部屋温度Ｔｄを算出する（図６のＳ１２（第１２のステップ））。

部屋温度Ｔｄと設定温度Ｔｂとの差の絶対値を所定値ｄ（例えば、２℃）と比較する（図６のＳ１３（第１３のステップ））。｜Ｔｄ−Ｔｂ｜≦ｄの場合は、Ｓ９に戻り、室内送風機１２の風量制御または圧縮機３１の能力制御を続行する。

｜Ｔｄ−Ｔｂ｜≧ｄの場合は、部屋全体の温度と設定温度Ｔｂとの差が大きくなりすぎ故、Ｓ１に戻る。

以上のように、部屋の温度を輻射温度で補正する制御を行うことにより、部屋全体の温度を設定温度Ｔｂに近づけることができるので、冷えない・暖まらないという快適性に関わる使用者の不満を解消し、さらに、冷しすぎ・暖めすぎを防止できるので、省エネを向上させることができる。

輻射センサー２による各エリア（ａ１〜ａ８）の温度測定において、部屋温度Ｔｄが設定温度Ｔｂに達したときは、平均床温度Ｔａに近い床温度のエリアに輻射センサー２が向いた状態で、輻射センサー２を静止させる。そして、この状態をそのエリアの床温度と設定温度Ｔｂとの差が所定値（例えば、２℃）以上になるまで維持する。即ち、その間は、輻射センサー２を回転させない。これにより、輻射センサー２を駆動するモータ５の動作時間を減らすことができ、モータ５の寿命を延ばすことができる。

また、特に部屋の一部分（接客コーナー等）を重点的に空調する場合は、使用者が輻射センサー２の向きをその部屋の一部分に固定してもよい。この動作は、使用者が操作するリモコン又は手動により行われる。これにより、重点的に空調したい部分を効果的に空調することが可能になる。

また、図７に示すように、吹出し口４にダンパー回転軸４８ａを中心にして回動するダンパー４８（風量調整機構の一例）を設け、各エリア（ａ１〜ａ８）で設定温度Ｔｂとの差に応じて、吹出し口４毎にダンパーにより風量を調整してエリア間の床温度差を減らすことができる。

実施の形態１を示す図で、天井埋込カセット形空気調和機の室内機１の側面図と平面図である。 実施の形態１を示す図で、天井埋込カセット形空気調和機の室内機１の縦断面図（図１のＡ−Ａ断面図）である。 実施の形態１を示す図で、輻射センサー２を示す図である。 実施の形態１を示す図で、天井埋込カセット形空気調和機の冷媒回路図である。 実施の形態１を示す図で、輻射センサー２を回転させて測定する部屋の８箇所の領域（ａ１〜ａ８）を示す図である。 実施の形態１を示す図で、輻射センサー２の測定結果に基づく部屋の温度制御のフローチャート図である。 実施の形態１を示す図で、天井埋込カセット形空気調和機の室内機１の吹出し口付近の拡大図である。

符号の説明

１ 室内機、２ 輻射センサー、３ 吸込み口、４ 吹出し口、５ モータ、６ 吸込み空気温度センサー、１１ 外箱、１２ 室内送風機、１２ａ ファンモータ、１２ｂ ファン、１４ 断熱材、１５ 室内熱交換器、１６ ドレンパン、１７ ベルマウス、１８ 取付金具、２０ パネル、２１ コーナーパネル、２２ フィルタ、２３ グリル、２４ 一次側空間、２５ 二次側空間、３１ 圧縮機、３２ 四方弁、３３ 室外熱交換器、３４ 電子膨張弁、３５ 接続配管、３７ 接続配管、３８ アキュムレータ、４０ 室外送風機、４４ 室外制御部、４５ インバータ回路、４６ 室内制御部、４７ リモコン、４８ ダンパー、４８ａ ダンパー回転軸、６０ 室外機。

Claims (5)

1. 室内機が天井等の高所に据え付けられ、室内送風機からの吹出し空気を下向きに吹出すように構成され、複数の吹出し口と、空気の吸込み口と、床等の物体が輻射する赤外線を検知して物体の温度を検出し、部屋のほぼ垂直方向にその回転軸が配置されたモータにより駆動され、検知方向が前記回転軸に対して所定角度傾いて該回転軸に取り付けられ、約３６０゜の範囲で回転して床等の物体の温度を検出する輻射温度検知手段と、冷凍サイクルの圧縮機と、前記吸込み口に設けられた吸込み空気温度センサーとを備えた空気調和機の制御方法において、
   前記輻射温度検知手段により、部屋の床付近の複数のエリアの床温度を測定する第１のステップと、
   前記測定した複数のエリアの床温度を平均化して、平均床温度Ｔａを演算する第２のステップと、
   前記吸込み空気温度センサーの検知温度をＴｃ、輻射温度寄与率をα（０〜０．５）としたとき、部屋温度Ｔｄを、Ｔｄ＝（１−α）Ｔｃ＋αＴａの演算式から算出する第３のステップと、
   前記部屋温度Ｔｄと設定温度Ｔｂとを比較する第４のステップと、
   前記部屋温度Ｔｄが前記設定温度Ｔｂに達しない場合は、前記室内送風機の風量または前記圧縮機の能力制御を行う第５のステップとを備えたことを特徴とする空気調和機の制御方法。
2. 前記部屋温度Ｔｄが前記設定温度Ｔｂに達した場合は、冷房時の個々のエリアの床温度の中で最も高い温度を算出しＴｎｍａｘとし、暖房時の個々のエリアの床温度の中で最も低い温度を算出しＴｎｍｉｎとし、冷房時の局所的な部屋温度Ｔｄ’＝（１−α）Ｔｃ＋αＴｎｍａｘ及び暖房時の局所的な部屋温度Ｔｄ’＝（１−α）Ｔｃ＋αＴｎｍｉｎを算出する第６のステップと、
   前記局所的な部屋温度Ｔｄ’と前記設定温度Ｔｂとを比較する第７のステップと、
   前記局所的な部屋温度Ｔｄ’が前記設定温度Ｔｂに達しない場合は、さらに前記局所的な部屋温度Ｔｄ’と前記設定温度Ｔｂとの差を所定値と比較する第８のステップと、
   前記局所的な部屋温度Ｔｄ’と前記設定温度Ｔｂとの差の絶対値が所定値を超える場合は、前記室内送風機の風量または前記圧縮機の能力制御を行う第９のステップと、
   前記輻射温度検知手段により、部屋の床付近の複数のエリアの床温度を測定する第１０のステップと、
   前記測定した複数のエリアの床温度を平均化して、平均床温度Ｔａを演算する第１１のステップと、
   部屋温度Ｔｄを、Ｔｄ＝（１−α）Ｔｃ＋αＴａの演算式から算出する第１２のステップと、
   この部屋温度Ｔｄと前記設定温度Ｔｂとの差の絶対値と所定値とを比較する第１３のステップとを備え、第１３のステップにおいて前記部屋温度Ｔｄと前記設定温度Ｔｂとの差の絶対値が所定値より大きい場合は、第１のステップに戻ることを特徴とする請求項１記載の空気調和機の制御方法。
3. 前記輻射温度検知手段による複数のエリアの温度測定において、前記部屋温度が前記設定温度に達したときは、前記平均床温度と差の少ない床温度のエリアに前記輻射温度検知手段が向いた状態で、そのエリアの床温度と前記設定温度との差が所定値以上になるまで前記輻射温度検知手段を静止させることを特徴とする請求項１又は２記載の空気調和機の制御方法。
4. 前記複数のエリアの中の特定のエリアを重点的に空調する場合は、使用者が前記輻射温度検知手段の向きを前記特定のエリアに固定することを特徴とする請求項１又は２記載の空気調和機の制御方法。
5. 前記吹出し口に風量調整機構を設け、前記複数のエリアでの前記設定温度との差に応じて、対応する前記吹出し口毎に前記風量調整機構により風量を調整することを特徴とする請求項１または２記載の空気調和機の制御方法。

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