(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空調している空間の空調負荷を空調機の吹出口に設置された吹出温度検出器で検出される吹出温度と空調機の吸込口に設置された吸込温度検出器で検出される吸込温度と空調機の吹出風量から推論し、空調負荷検出部と空調負荷推論部からなる空調負荷推論手段と、設定温度と室温の差が所定値より大きい時はその差に応じて空調機の吹出風量を変更し、室温が設定温度の所定値内に安定した時に、前記空調負荷推論手段で所定時間平均化した前記吹出温度と吸込温度と吹出風量から推論した最大空調能力基準で空調負荷比率に応じて、空調機の吹出風量を変更する環境形成力制御手段とを備えたことを特徴とする空調機。
【請求項２】
冷凍サイクルから構成される空調機において、空調負荷の推論に前記吹出温度に代えて室内熱交換器に設置された冷媒温度検出器で検出される室内熱交換器温度を用いることを特徴とする請求項１記載の空調機。
【請求項３】
環境形成力制御手段は、前記吹出風量に代えて吹出面積を変化させ吹出風速を変更することを特徴とする請求項１記載の空調機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、空調機の制御に関するもので、特に、室内の環境形成に関する空調機の吹出風量、吹出風速の制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、空調機に対する使用者の要求は、単に暖めたり、涼を得たりするものから、より快適に、より省エネルギーにと変化している。また、住宅の省エネルギー化の進展がみられ、高気密、高断熱住宅などが急速に増加しており、空調機の使用目的は、健康で快適に活動することである。この健康で快適な環境と人体の体温調節は密接な関係があるが、現在の家庭用空調機の主流は、壁掛型強制対流式であり、夏の冷房環境に対する課題が少なくないものの、冬の暖房環境に対する課題が多い。
これは、吹き出し気流の温度が高いため吹き出された気流が上昇し、古くから言われている頭寒足熱とはほど遠い、頭付近が高温になり、足元が低温になることが大きな理由である。このような課題を解決するため、様々な気流制御方法が開発されているが、この空調機によって異なる環境の形成力を、空調機の環境形成力と呼んでいる。
【０００３】
図１５は、空調機が作る環境を評価する実験設備の断面図であり、外気温度を調整し、実際に空調機の運転を行い、図示した室内の温度分布を中心に室内環境を計測評価することができる。この実験設備には、特に空調負荷を調節する換気装置が設置されており、この換気量を調整することで、空調負荷を精度良くコントロールすることができる。
【０００４】
図１６と図１７は、この実験設備を用いた測定結果を示すもので、室内環境評価指標として、人体の温熱感覚と相関が強い、頭部付近と足部付近の温度差である上下温度差の平均値を用いている。図１６は、暖房時の空調負荷である暖房負荷を変化させた場合の室内環境特性を示すもので、図１７は、吹出風量を変化させた場合の室内環境特性を示すものである。吹出風量を多くすると、上下温度差が小さくなり、室内環境が改善されることがわかる。
【０００５】
また、吹出風量を同一とした場合、小さな空調負荷の時、上下温度差が小さくなり、室内環境が良好になることがわかる。このように、吹出風量が環境形成力に影響を与えており、さらに、吹出風量が同一でも形成される環境に差があることから、環境形成力は、住宅にも依存することがわかる。このことは、空調機の設計時に想定した空調負荷により大きい住宅は、上下温度差が大きく、逆に空調負荷が小さい住宅は、過大な吹出風量のため、騒音値が大きいという過大がある。従って、快適な環境を創造するには、住宅の環境形成力に適合する幅広い環境形成力を有し、使用環境に応じて、環境形成力を制御する空調機が必要である。
【０００６】
従来、冷凍サイクルを応用した家庭用空調機の場合、一つには速く室温を上昇させる。二つには吹出風量は、騒音との関連から、なるべく低風量にしたいとする考えから、吹出風量を制御している。即ち、吹出風量の制御は、図４のように設定温度と室温との温度差に応じて実施している。暖房時を考えると、立ち上がりなど室温と設定温度の差が大きい時は大風量となり、冷凍サイクルの成績係数が良く、暖房能力が大きくなり、立ち上がりが速い。室温が上昇し設定温度に近ずくと、次第に吹出風量が小さくなり、設定する室温になるとともに騒音も低くなり、快適な環境になる。
【０００７】
また、環境形成力として関連のある吹出風速の制御例として、特開平５−９９４９０号公報に示される冷暖房機がある。図１８は、この冷暖房機の構成を示す断面図である。図において、１７は冷風または温風を吹き出す吹出口、１８はこの吹出口１７に設けられ、吹出口１７の開口面積を可変するモータをもつ吹出口調節板である。１９および２０は上部および下部の室温を代表して検出する温度検出部であり、この上部室温検出部１９と下部室温検出部２０との検出温度差が所定値以上になったとき、その温度差の程度に応じて吹出風速が速くなるように吹出口調節板１８の開放の度合いを制御するものである。室内環境を２つの温度センサで検出し、上下温度差が大きく、環境が悪いときは吹出口調節板１８をやや狭く制御し、吹き出し風速を増し、良好な環境に維持しようとするものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の空調機では、騒音や省エネルギーに視点をおいた制御であり、住宅や空調機の環境形成力に対する考慮がなされていなかった。
また、室内環境を直接的に捉えて、空調機の環境形成力を制御しようとする空調機が存在するが、機器の近くで検出する必要があり、入退室に伴う冷気侵入などのため、適切に安定した室内環境を捉えることが困難であった。
【０００９】
この発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、住宅の環境形成力に応じた空調機の制御を行い、住宅の性能や外気温度により室内環境が変化しない快適な環境を創造し、しかも、暖房能力をすばやく得る、立ち上がりの速い空調機を得ることを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる空調機は、空調している空間の空調負荷を空調機の吹出口に設置された吹出温度検出器で検出される吹出温度と空調機の吸込口に設置された吸込温度検出器で検出される吸込温度と空調機の吹出風量から推論し、空調負荷検出部と空調負荷推論部からなる空調負荷推論手段と、設定温度と室温の差が所定値より大きい時はその差に応じて空調機の吹出風量を変更し、室温が設定温度の所定値内に安定した時に、前記空調負荷推論手段で所定時間平均化した前記吹出温度と吸込温度と吹出風量から推論した最大空調能力基準で空調負荷比率に応じて、空調機の吹出風量を変更する環境形成力制御手段とを備えたものである。
【００１１】
また、この発明に係わる空調機は、空調負荷の推論に前記吹出温度に代えて室内熱交換器に設置された冷媒温度検出器で検出される室内熱交換器温度を用いるものである。
【００１２】
また、この発明に係わる空調機は、環境形成力制御手段が、前記吹出風量に代えて吹出面積を変化させ吹出風速を変更するものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明による実施の形態１を図１をもって説明する。図において、従来例と同一符号のものは、従来例と同一または相当を示すものである。図１はこの発明による実施の形態１の構成を示すもので、１は現在の空調している部屋の空調負荷を推論する空調負荷推論手段であり、この空調負荷推論手段は、空調負荷の推論に必要な情報を検出する空調負荷検出部２とこれらの情報から空調負荷を推論する空調負荷推論部３から構成されている。４は環境形成力制御手段で、前記空調負荷推論手段１の空調負荷推論部３で推論された空調負荷を入力とし、室内の上下温度差など必要とする環境形成力を演算制御する環境形成力演算部５と、この演算された環境形成力に空調機の吹出風量を制御する空調機６とから構成されている。
【００２３】
図２はこの実施の形態１の電気回路を示すブロック図である。図において、７は電源スイッチであり、８は空調機制御装置のマイコン部である。マイコン部８は、入力回路９、ＣＰＵ１０、メモリ１１、出力回路１２からなる。前記入力回路９には、吹出温度１３と吸込温度１４と、さらに空調機６の吹出風量が入力される。前記メモリ７には空調負荷推論部３と環境形成力演算部５とからの信号が記憶され、ＣＰＵ１０で演算され、出力回路１２から空調機６に出力される。
【００２４】
次に、この実施の形態１の動作について図３に示すフローチャートを用いて説明する。まず、ステップＳ１０１で使用者により電源がオンされると、ステップＳ１０２で吹出風量、設定温度Ｓｐなどが初期設定される。ステップＳ１０３で制御間隔を待ち、制御タイミングになると、ステップＳ１０４でこの制御以外の制御フローが処理される。この制御間隔は、数秒から数十秒であることが多い。ステップＳ１０５で室内温度Ｔｒが検出され、ステップＳ１０６で、室温Ｔｒと設定温度Ｓｐを比較し、温度差が大きい、つまり、暖房時の立ち上がり時などは、ステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７では、吹出風量が算出される。
【００２５】
吹出風量は、図４に示したように設定温度と室温の差により、吹出温度が設定されている。設定温度と室温の差が大きいときは、吹出風量が最大値Ｈｉとなり、室温が上昇し設定温度に近づくと、少しずつ吹出風量が小さくなる。ステップＳ１０６で室温Ｔｒと設定温度Ｓｐが小さくなり、その差が１ｄｅｇ以下になると、ステップＳ１０８に進み、ステップＳ１０８で室温Ｔｒと設定温度Ｓｐとの差が１ｄｅｇ以下の継続時間を算出する。ステップＳ１０９で空調機の吹出温度Ｔｏ、吸込風量Ｔｉ、吹出風量Ｇａを検出するとともにこれらを平均化する。継続時間が５ｍｉｎを越えると、ステップＳ１１１で吹出温度と吸込温度の温度差と吹出風量の積に空気比熱を掛けて、空調負荷を求める。ステップＳ１１２で吹出風量を算出する。
【００２６】
吹出風量は、図５に示すように、最大空調能力基準で空調負荷比率に応じて、吹出風量が設定されている。つまり、室温が安定しているので、空調負荷は空調機が発生している空調能力とほぼ等くなり、この空調能力に応じて吹出風量は、空調能力が大きいときに最大となり、空調能力が小さいときに小さくなる。このように安定した時の空調負荷に応じて、吹出風量が決定される。
【００２７】
ステップＳ１１２または、ステップＳ１０７で吹出風量が決定するとステップＳ１１３で継続時間をリセットし、ステップＳ１１４で室内送風機が制御される。また、ステップＳ１１０で継続時間が５ｍｉｎより短いときは、ステップＳ１０３にもどり、継続時間の積算が行われる。また、この継続時間の積算中に外乱が入り、室温が設定温度より大きく離れると、吹出風量の算出は、ステップＳ１０７で図４になり、設定温度と室温の差で吹出風量が設定され、さらにステップＳ１１３で継続時間がリセットされる。
【００２８】
次に、この実施の形態１について図６の特性図を用いて説明する。図６の横軸は、時間軸であり、暖房時を例に示したものである。室内温度より設定温度が低い状態で、使用者が空調機の電源をオンすると、空調機の空調能力は最大になり、室温は急激に上昇する。やがて、設定温度の近傍に達すると、空調機の圧縮機回転数が低下し、空調能力が低下する。この圧縮機回転数の制御アルゴリズムは、ＰＩＤ制御や、ファジー制御などで構成されている。また、吹出風量も低下をはじめる。
【００２９】
この制御ルーチンは、図３で示す吹出風量制御が適用される。図６に示す時間Ａで設定温度と室温が１ｄｅｇ以下になると、吹出温度、吸込温度と吹出風量を平均化しながら、この継続時間が５ｍｉｎになると吹出風量の選択は、ステップＳ１１２において、図５に示すようになり、吹出温度、吸込温度、吹出風量から求めた空調負荷に応じた吹出風量に制御される。設定温度と室温が１ｄｅｇ以下とは、室温がほぼ安定した時であり、この時の空調機の空調能力は空調機が空調する空間の空調負荷にほぼ等しくなるからである。
【００３０】
また、所定時間平均するのは、空調機の発生能力は、常に変化しており、瞬時を捉えると空調負荷と空調能力が等しくない時に制御し、快適な環境が形成できなくなり、さらに、室内環境の変化が頻繁となり、安定した快適な環境が達成できないためである。所定時間は、数分程度である。図６に示す特性図の場合、時間Ｂで空調能力が普通であり、吹出風量の変化がない。時間Ｂで外気温度などが低下し、空調負荷が増加すると空調能力が増加し、この時間Ｂから時間Ｃまでの平均化データから空調負荷が算出され、時間Ｃでこの空調負荷に応じた吹出風量に制御される。この場合、吹出風量は増加する。時間Ｄから空調能力が低下すると同様に時間Ｅで吹出風量が低下する。このようにして、空調負荷に応じた吹出風量に制御され、しかも立ち上がりの速い環境を得ることができる。
【００３１】
実施の形態２．
次に、実施の形態２を図７をもって説明する。図７は、空調機６から入力回路９への入力がないだけで、他はすべて図２と同一であり、この実施の形態２は、上記実施の形態１の空調負荷推論手段の空調負荷検出部が、吹出温度と吸込温度からなるものである。図５に示す如く、空調負荷比率により吹出風量が決定するとすれば、吹出温度と吸込温度の差を求めると、この値は空調負荷に順次た値となり、この値に応じて吹出風量を決定する。（図示しない）このように制御することで、実施の形態１と同様の作用となり、空調負荷に応じた吹出風量に制御され、住宅の性能や外気温度により室内環境が変化しない快適な環境を創造し、しかも立ち上がりの環境を得られ、実施の形態１と同様の効果となる。
【００３２】
実施の形態３．
次にこの発明による実施の形態３を図８をもって説明する。図８において、入力回路９に接続されているのは、吸込温度１４と室内熱交換器の温度１５であり、この発明は、実施の形態１と実施の形態２の空調負荷推論手段の空調負荷検出部の吹出温度が、室内熱交換器に設置された冷媒温度検出器で検出される室内熱交換器温度１５を用いるものである。室内熱交換器の温度効率は高く、吹出温度と室内熱交換器の相関は高く、温度差は小さい。室内温度と室内熱交換器のデータから空調負荷、もしくは空調負荷に関連する値を求めることができ、この値に応じて吹出風量を決定する（図示しない）。このように制御することで、実施の形態１と実施の形態２と同様の作用となり、住宅の性能や外気温度により室内環境が変化しない快適な環境を創造し、しかも立ち上がりの速い環境を得られ、実施の形態１や実施の形態２と同様の効果となる。
【００３３】
実施の形態４．
次に、この発明による実施の形態の４を図９をもって説明する。図において、入力回路９に接続されているのは、吹出温度１３と室内温度１６であり、第４の発明は、第１の発明と第２の発明の空調負荷推論手段の空調負荷検出部の吸込温度が、室内に設置された室内温度検出器で検出された室内温度を用いるものである。十分な室内換気風量があれば、吸込温度と室内温度の差は小さく、室内温度を吸込温度の代用に用いることができる。このように吸込温度の替わりに室内温度を用いることで、実施の形態１の発明と実施の形態２の発明と同様の作用となり、住宅の性能や外気温度により室内環境が変化しない快適な環境を創造し、しかも立ち上がりの速い環境を得られ、実施の形態１の発明と実施の形態２の発明と同様の効果となる。
【００３４】
実施の形態５．
次に、この発明による実施の形態５を図１０をもって説明する。図において入力回路９に接続されているのは、空調機６であり、空調機６から圧縮機の回転数が入力される。この実施の形態５は、実施の形態１の発明の空調負荷推論手段の空調負荷検出部を圧縮機の回転数から平均的な空調負荷に準じた値を算出し、この値に応じて吹出風量を決定する。（図示しない）空調機の圧縮機の回転数は、室温が設定温度になるように制御されており、空調負荷と相関がある値になる。
【００３５】
これにより、実施の形態１と同様の作用となり、住宅の性能や外気温度により室内環境が変化しない快適な環境を創造し、しかも立ち上がりの速い環境を得られ、実施の形態１と同様の効果となる。
【００３６】
実施の形態６．
次に、この発明による実施の形態６を図２をもって説明する。図２において、環境形成力演算部５求めた空調負荷から必要とする空調機の吹出面積を求め、この演算された吹出面積に空調機の吹き出し面積を制御する空調機６から構成される。この実施の形態６は、実施の形態１の空調負荷推論手段が推論する空調負荷から、この値に応じて必要な環境形成力を演算し、この環境形成力に応じて吹出面積を決定するものである。（図示しない）空調機の吹出面積を変化すると、つまり、吹出面積が一定の場合、吹出風速が変化する。この吹出風速と室内環境は、相関があり、この吹出面積を変化することにより、実施の形態１と同様の作用となる。空調負荷が大きいときは、吹出面積を小さく、空調負荷が小さいときは、吹出面積を大きく制御する。これにより、空調負荷に応じた吹き出し面積に制御され、住宅の性能や外気温度により室内環境が変化しない快適な環境を創造し、しかも立ち上がりの速い環境を得られ、実施の形態１と同様の効果となる。
【００３７】
実施の形態７．
次に、この発明による実施の形態７を図１１、図１２をもって説明する。図１１はこの発明による実施の形態７の構成を示すものであり、２１はユーザーが要求する環境モードを入力するユーザー要求環境モード入力手段で、ユーザーが使用するリモコン２２より成っている。
【００３８】
図１２はこの実施の形態７の電気回路図を示すものである。図１２は入力回路９に吹出温度１３、吸込温度１４などの空調負荷検出部２に加え、ユーザーの環境に対する要求を入力することができリモコン１８を設けたものである。
【００３９】
つぎに、この実施の形態７の動作について説明する。図１３のフローチャートに従って行い、まず、ステップＳ２０１で使用者により電源がオンされると、ステップＳ２０２で吹出風量、設定温度Ｓｐなどが初期設定される。ステップＳ２０３で制御間隔を待ち、制御タイミングになると、ステップＳ２０４でこの制御以外の制御フローが処理される。この制御間隔は、数秒から数十秒であることが多い。ステップＳ２０５で室内温度Ｔｒが検出され、ステップＳ２０６で室温Ｔｒと設定温度Ｓｐを比較し、温度差が大きいつまり、暖房時の立ち上がり時などは、ステップＳ２０７に進む。ステップＳ２０７では吹出風量が算出される。
【００４０】
吹出風量は、図１３に示したようにステップＳ２１１で吹出温度と吸込温度の温度差と吹出風量の積に空気比熱を掛けて、空調負荷を求め、ステップＳ２１２で吹出風量を算出する。このステップＳ２１２で吹出風量の設定を行う際、ステップＳ２１３でユーザーの入力による補正を行う。
【００４１】
吹出風量は、図１４に示すように、最大空調能力基準で空調負荷比率に応じて、吹出風量が設定されている。つまり、基準をモードｂ、基準に対して多く設定した場合をモードａ、基準に対して少く設定した場合をモードｃを設定している。ここで、ユーザーが足下の暖かさを要求する入力があったときは、基準に対して多くモードａに、ユーザーが騒音値の低い環境を要求する入力があったときは、基準に対して少なくモードｂの設定の吹出風量となるように制御を行う。このため、ユーザーの要求に即したより快適な環境を創造することが可能となる。
【００４２】
また、このときモードａでは風量αを多く、モードｂでは風量βを少なく風量を設定するが、この風量α及び風量βの値は、図１３で示した頭部付近と側部付近の温度差である上下温度差の平均値を指標とし、上下温度差の小さい室内環境が良好である範囲内に設定する。
【００４３】
【発明の効果】
以上のようにこの発明の請求項１の空調機によれば、空調している空間の空調負荷を空調機の吹出口に設置された吹出温度検出器で検出される吹出温度と空調機の吸込口に設置された吸込温度検出器で検出される吸込温度と空調機の吹出風量から推論し、空調負荷検出部と空調負荷推論部からなる空調負荷推論手段と、設定温度と室温の差が所定値より大きい時はその差に応じて空調機の吹出風量を変更し、室温が設定温度の所定値内に安定した時に、前記空調負荷推論手段で所定時間平均化した前記吹出温度と吸込温度と吹出風量から推論した最大空調能力基準で空調負荷比率に応じて、空調機の吹出風量を変更する環境形成力制御手段とを備えた構成としたから、外気温度が変化したり、住宅の空調負荷に応じて変化する室内環境を、その住宅の空調負荷を空調機の各種情報から推論し、その空調負荷に応じて確実に空調機の環境形成力を変更制御することで、住宅の性能や外気温度により室内環境が変化しない快適な環境を創造でき、立ち上がりの早い空調環境を得られる効果を有する。
【００４４】
また、この発明の請求項２の空調機によれば、空調負荷の推論に前記吹出温度に代えて室内熱交換器に設置された冷媒温度検出器で検出される室内熱交換器温度を用いる構成としたから、住宅の性能や外気温度により室内環境が変化しない快適な環境を創造し、すばやく快適な環境を得る空調機を安価に、しかも、吹き出し温度と同様の情報が安定性に優れ、確実に検出できる効果を有する。
【００４５】
また、この発明の請求項３の空調機によれば、環境形成力制御手段は、前記吹出風量に代えて吹出面積を変化させ吹出風速を変更する構成としたから、確実に空調機の環境形成力を変更することができ、目標とする室内環境を一定に制御するという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１による、空調機の構成を示すブロック図である。
【図２】  この発明の実施の形態１による、空調機の電気回路を示すブロック図である。
【図３】  この発明の実施の形態１による、空調機の動作を示すフローチャート図である。
【図４】  この発明の実施の形態１による、空調機の設定温度と室温の差による吹出風量の制御概念図である。
【図５】  この発明の実施の形態１による空調機の空調負荷比率による吹出風量の制御概念図である。
【図６】  この発明の実施の形態１による、空調機の暖房時の制御例を示す特性図である。
【図７】  この発明の実施の形態２による、空調機の構成を示すブロック図である。
【図８】  この発明の実施の形態３による、空調機の構成を示すブロック図である。
【図９】  この発明の実施の形態４による、空調機の構成を示すブロック図である。
【図１０】  この発明の実施の形態５による、空調機の構成を示すブロック図である。
【図１１】  この発明の実施の形態７による、空調機の構成を示すブロック図である。
【図１２】  この発明の実施の形態７による、空調機の電気回路を示すブロック図である。
【図１３】  この発明の実施の形態７による、空調機の動作を示すフローチャート図である。
【図１４】  この発明の実施の形態７による、空調機の空調負荷比率による吹出風量の制御概念図である。
【図１５】  この発明の環境評価を抽出するための実験設備を示す断面図である。
【図１６】  図１５の実験設備を用いて測定した暖房負荷を変化させた場合の結果を示す特性図である。
【図１７】  図１５の実験設備を用いて測定した吹出風量を変化させた場合の結果を示す特性図である。
【図１８】  従来の冷暖房機の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１  空調負荷推論手段、３  空調負荷推論部、４  環境形成力制御手段、５  環境形成力演算部、６  空調機、１３  吹き出し温度、１４  吸い込み温度、１５室内熱交換器温度、１６  室内温度、２１  ユーザー要求環境モード入力手段、２２  リモコン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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