JPH0886486A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】適切な温度ゆらぎを行なうことにより、快適性
を損なわずに省エネルギーが図れる空気調和機の提供。 【構成】入力部１２と、ＣＰＵ１３と、温度検出部１４
と、タイマー１５とゆらぎ運転モードの記憶部１６とか
らなる制御装置１１を有し、室温設定値、室温設定値−
０．３３℃、室温設定値＋０．３３℃の３つの目標温度
をもち、上記順序を１サイクルとしたゆらぎパターンを
有する空気調和機。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は空気調和機、特に暖房運
転時に快適感を損なわずに省エネルギー運転を行う運転
モ−ドを有する空気調和機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】室内が寒ければ暖め、暑ければ冷やすと
いった空気調和機の本来機能において、地球環境の保護
が叫ばれている昨今、機器の省エネルギー化が大きな課
題である。特に負荷が大きく、利用期間の長い暖房時の
省エネルギー化が急務である。

【０００３】省エネルギーを図る手段としては、機器の
運転効率を上げる方法の他に、暖房時においては設定室
温を下げ、負荷を軽くし、機器入力を減らす方法もあ
る。しかし、室温を単純に下げるのみでは当然室内は寒
くなり、快適性は損なわれ、空調機本来の役目を果たせ
ない。

【０００４】即ち、快適感を損なわずに省エネルギーを
達成する必要があり、機器の運転制御ソフトに工夫が必
要である。

【０００５】運転ソフトによる省エネルギー化手段とし
ては、暖め過ぎや冷し過ぎを監視し、無駄な入力を防止
する方法が一般的に行われており、また運転ソフトによ
る快適感向上手段としては、室温に周期的な変化（以
下、ゆらぎと呼ぶ）を与え、快適感を向上させる方法が
行われている。

【０００６】例えば平２−２６７４４５は、ゆらぎを与
えた場合について開示しており、設定温度よりおよそ
０．５ないし１．０℃の範囲で高温設定値と低温設定値
を定め、この値を目標値として、目標値に向け最大能力
と最小能力の切換えを行なうことにより室温をゆらが
せ、設定室温を常にキープする一定制御に比べ、経済的
で心地良い快適環境を提供しようとするものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ゆらぎを利用して快適
性を損なわないで省エネルギーを図る場合の課題は、適
切なゆらぎパターンを作ることである。

【０００８】例えば、ゆらがせる温度変化の幅が大き過
ぎる場合には、室温が上昇または下降し過ぎるために、
暑さまたは寒さを感じて不快となる。また温度変化をし
ている時間間隔が長過ぎた場合にも、同じく暑さまたは
寒さを感じて不快となってしまう。

【０００９】更に、ゆらぎ運転時の機器入力が室温を一
定に保つ一定制御の場合の機器入力と同じなら、省エネ
ルギー効果は生じない。

【００１０】従って、ゆらぎパターン、即ちゆらいでい
る時の温度幅と、温度変化をしている時間間隔は非常に
重要である。

【００１１】上記従来技術では、設定温度を中心に、最
高設定温度と最低設定温度の２つの目標値を求め、以後
この２つの目標値のみで室温制御を行なわせている。こ
のため、下記問題点がある。

【００１２】先ず、最高設定温度と最低設定温度は、設
定温度からそれぞれおよそ０．５ないし１．０℃の範囲
となっており、この間をゆらがせると最大で２℃の大き
な温度差となり、暖房時に一気に２℃も温度を下げると
肌寒さを感じ、不快感が生じる。

【００１３】次に、かかる運転パターンでは、前記２つ
の温度のみにより制御されるため、外気条件によっては
ゆらがない場合が生ずる可能性が残っている。例えば暖
房時に、最低設定値近くで室負荷と機器入力が釣り合っ
た場合、この温度で室温が一定に保たれることとなる。
この場合、室温は設定温度より低いため、当然ながら入
居者は徐々に寒さを感じ快適性が損なわれる。

【００１４】更に、２つの目標温度の間は、最大暖房能
力運転と最少暖房能力運転の切換で運転されるため、負
荷の大きな部屋で最少暖房能力で運転された場合室温が
短時間で下がり、逆に負荷の小さい部屋で最大暖房能力
で運転された場合室温が短時間で上がり、いずれも急激
な温度変化となる。このように、急激な温度変化を繰り
返した場合、不快感が生じる。

【００１５】更に、省エネルギー効果をエネルギー収支
で考えた場合、上記従来技術では設定温度を中心に高温
側、低温側を均等に割り振っているのみであり、設定温
度一定の場合と比べ、高温側では機器への入力は増大
し、低温側では減少し、平均すると同一となる。即ち省
エネルギー効果は期待できない。

【００１６】本発明は、肌寒さ及び不快感を生じないと
共に、省エネルギールギー効果の高い制御を備えた空気
調和機を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、下記手段を用いた。

【００１８】安定したゆらぎパターンを確保するため
に、温度のみでなく時間情報も制御パラメータに加え、
一定時間が経過すれば目標温度を変更することとした。
また、急激な温度変化で使用者に不快感を与えるのを防
止するため、目標温度を、基準温度、基準温度より一定
値だけ高い温度、基準温度より一定値だけ低い温度の３
つとした。

【００１９】上記手段に加えて、実施例では、これら３
つの温度の変化順序は、先ず、基準温度となる設定室温
で一定時間運転し、部屋を暖かくした後、室温を下げ、
室温より低い温度で一定時間運転し、その後基準温度よ
り高い温度まで一気に室温を上げ、又もとの基準温度に
戻ることとした。

【００２０】省エネルギーをより効果的に図るために、
暖房時のゆらぎの１サイクルにおいて、設定室温を基準
として、設定温度である時間運転した後、使用者が温度
変化に気付かない範囲で徐々に室温を下げ、寒さを感じ
る前に設定温度より一定値だけ高い温度に一気に上昇さ
せその温度である時間運転し、その後再び設定温度に戻
すこととした。

【００２１】かかる、基準温度より低い温度範囲の運転
時間を、基準温度より高いゆらぎ範囲の運転時間より長
くしたゆらぎ運転パターンとする工夫により、基準温度
一定の場合に比べ機器の運転負荷を低減し、機器入力の
減少を図ることとした。

【００２２】なお、かかるゆらぎパターンの温度限界や
ゆらぎ間隔は被検者実験で求めた。

【００２３】安定したゆらぎパターンで運転させるた
め、空気調和機本体制御部に３つの目標温度と運転時間
からなるゆらぎパターン情報を記憶させる記憶部と、室
内温度検出部とタイマーを備え、ＣＰＵからの指令によ
り、ゆらぎパターンに従った運転ができる構成とした。

【００２４】

【作用】ゆらぎ運転が指示された場合、ＣＰＵに該ゆら
ぎ運転パターンが呼び出され、温度検出部からの温度情
報とタイマーからの時間情報で、ゆらぎ時の目標温度や
ゆらぎの時間間隔を制御して、目標パターンに添った運
転を行なう。

【００２５】各部分の作用の詳細については、実施例に
おいて具体的に述べる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。

【００２７】先ず、基本的なハード構成について説明す
る。

【００２８】図１は本発明によるゆらぎ運転を制御する
制御装置１１を示すブロック図であって、１２は入力装
置、１３はＣＰＵ、１４は温度検出部、１５はタイマ
−、１６はゆらぎ運転パターン記憶部、１７は出力部で
ある。

【００２９】図２は本実施例の空気調和機の室内機９０
の内部構造概略断面であって、１８は吸込口、１９は熱
交換器、２０は室温センサ−、２１は送風機、２２は風
向板、２３は吹出口である。

【００３０】図２において、暖房運転時には、冷凍サイ
クルを形成する熱交換器１９が加熱され、次いで送風機
２１が回転し室内の空気が吸込口１８から吸い込まれ、
熱交換器１９で熱交換され、吹出口２３から室内に吹き
出される。室温調節は室温センサ−２０により室内温度
を監視しながら、熱交換器１９の加熱能力を圧縮機の回
転数で調節することにより調節する。

【００３１】次に、図１において入力装置１２はリモコ
ンやキ−ボ−ド等からの情報を入力するものであって、
ここから使用者はゆらぎ運転の開始や停止情報、設定温
度情報等を入力する。入力された情報はＣＰＵ１３に供
給される。温度検出部１４は温度センサ−からなり、室
内温度を空気調和機本体内部で検出し、該センサ−の出
力はＣＰＵ１３に適宜取り込まれる。タイマ−１５はＣ
ＰＵ１３に経過時間情報を供給する。運転パターン記憶
部１６は本発明によるゆらぎ運転を行うための情報（目
標温度や経過時間情報）が記憶されており、ゆらぎ運転
が行われる条件が成立すると、これらの情報がＣＰＵ１
３に読み込まれる。ＣＰＵ１３はこれら各部からの情報
を処理し、その結果得られる制御情報を出力部１７に出
力して図２における熱交換器１９、送風機２１などを制
御する。

【００３２】次に、本発明のゆらぎ運転を自動運転モー
ドの「暖房」に組み込んだ場合の運転開始時から運転終
了時までの制御動作を図３により説明する。なお、通常
の暖房運転や、冷房運転に組み込むことも可能である。

【００３３】また、ゆらぎ運転は、室温が設定温度に到
達した後、開始することとした。これは、運転開始した
後は、設定された室温に速やかに到達させることによ
り、利用者の要求する快適な室内環境とし、一旦設定温
度に達して快適な室内環境になった後は、快適性を維持
しつつ省電力を図る目的で、本実施例のゆらぎ運転を開
始する。

【００３４】空気調和機が停止中に、使用者がリモコン
から運転開始ボタンを押すと、その時点で設定されてい
る運転モードでの運転開始信号が送信され、併せて設定
温度、設定風速等の情報も送られ（以上、図３のＳ１）
運転を開始する。

【００３５】次に、冷房、暖房、除湿、送風、自動の各
運転モードの中から、運転モードが選択される（Ｓ
２）。すでに自動運転モードが選択されている場合を除
き、運転モード選択操作で自動運転が選択されると、リ
モコンからのカレンダー情報と室外機に取り付けた温度
センサーによって、送風機によって吸い込まれた室外空
気の温度を検出し、この温度情報から最適な運転モード
が決定される（Ｓ３）。

【００３６】例えば、カレンダー情報から冬季であるこ
とを判断し、この際の外気温度が２３℃未満の場合は暖
房運転に決定し、外気温度が２３℃〜３１℃の場合は、
除湿運転に決定し、３２℃以上の場合は、冷房運転を決
定する。また、春季及び秋季であることを判断し、外気
温度２０℃未満の場合は、暖房運転を行ない、外気温度
が２０℃〜３１℃の場合は、除湿運転に決定し、３２℃
以上の場合は、冷房に決定する。

【００３７】次に、この自動運転モードにおいて、暖房
運転が選択された場合（Ｓ３）、入力部１２に「ゆらぎ
運転」の指示情報が入力され、ＣＰＵ１３に取り込まれ
る。例えば、第１の目標温度２３℃，第２の目標室温２
２．６７℃，第３の目標室温２３．３３℃であるとき、
第１の目標室温での運転時間は１０分間，第２の目標温
度での運転時間は１０分間，第３の目標室温での運転時
間５分間，送風モード，を微風にする運転情報が取り込
まれる。

【００３８】自動運転モードの場合で、冷房運転や除湿
運転が選択された場合には、本発明のゆらぎ運転は行わ
ず、其れ其れ、冷房運転、、除湿運転を行う（Ｓ１
４）。

【００３９】暖房運転を開始した場合、室温が設定温度
に達しているか否かを判別し（Ｓ５）、前記設定温度に
達していなければ通常暖房運転を継続し（Ｓ６）、前記
設定温度に室温が到達するのを待つ。到達していれば運
転モ−ド記憶部１６からＣＰＵ１３が複数の目標温度、
継続時間や設定気流等のゆらぎ運転に関する情報を読み
取って（Ｓ７）ゆらぎ運転を開始する（Ｓ８）。

【００４０】その後、使用者の操作により、運転モ−ド
変更（Ｓ９）や運転停止（Ｓ１０）等の指令がＣＰＵ１
３に読み込まれたら、使用者所望の運転モ−ドに変更
（Ｓ２）または運転停止（Ｓ１１）させる。

【００４１】尚、空気調和機が既に自動運転以外の他の
運転モードで運転しいる状態から、自動モードが選定さ
れた場合（Ｓ１２）には、（Ｓ３）以降のステップを以
後実行する。

【００４２】次にゆらぎ運転の開始、継続中（Ｓ８）の
制御動作を図４を用いて説明する。

【００４３】先ず、風速は微風で、使用者が設定した設
定温度を第１の目標温度とし、タイマ−１５にて第１の
目標温度による継続時間ｔ１（本実施例では１０分とし
た）をカウントアップする（Ｓ１３）。

【００４４】経過時間を監視し（Ｓ１４）、監視時間ｔ
１が経過したら、タイマ−１５をリセットし（Ｓ１
５）、目標温度を第２の目標温度に変更する。この時、
第２の目標温度は第１の目標温度−０．３３℃とする。
同時にタイマ−１５を新たに第２の目標温度による継続
時間ｔ２（本実施例では１０分とした）としカウントア
ップする（Ｓ１６）。

【００４５】経過時間ｔ２を監視し（Ｓ１７）、監視時
間ｔ２が経過したら、タイマ−１５をリセットし（Ｓ１
８）、目標温度を第３の目標温度に変更する。この時、
第３の目標温度は第１の目標温度＋０．３３℃とする。
同時にタイマ−１５を新たに第３の目標温度による継続
時間ｔ３（本実施例では５分とした）としカウントアッ
プする（Ｓ１９）。

【００４６】その後は前状態の処理と同様に経過時間ｔ
３を監視し（Ｓ２０）、監視時間ｔ３が経過したら、タ
イマ−１５をリセットし（Ｓ２１）目標温度を再び第１
の目標温度とし、以後本運転を繰り返す。

【００４７】かかる結果から、使用者が設定した設定室
温を第１の目標温度とし、第２の目標温度は該温度から
室温センサ−位置において０．３３℃低い値とし、１０
分間運転させることとした。この結果、実験した部屋で
は室温は約１℃低下した。

【００４８】かかる状態にて時間ｔ２が経過したら、タ
イマ−１５をリセットする（Ｓ１８）。この時、第３の
目標温度は第１の目標温度＋０．３３℃とする。この結
果、室温は一気に約２℃上昇する。

【００４９】その後は前状態の処理と同様に経過時間を
監視し（Ｓ２０）、第３の目標温度による継続時間ｔ３
（本実施例では５分とした）を監視する。

【００５０】この結果、前状態から室温センサ−位置に
おいて５分間で０．６６℃上昇させることになる。かか
る状態にて継続時間ｔ３経過したらタイマ−１５をリセ
ットし（Ｓ２１）、目標温度を第１の目標温度に変更
し、タイマ−１５を新たにカウントアップする（Ｓ１
３）。その後、Ｓ１３〜Ｓ２１を繰り返す。

【００５１】次に、かかる構成とした場合のゆらぎパタ
ーンとその効果について説明する。

【００５２】図５は本実施例の空気調和機の室内機９０
を部屋に取付け、室内空間９２を暖房している状態を示
す。９１は吹き出し気流、２０は室温センサ−である。

【００５３】吹き出された温風は室内居住空間を暖め、
徐々に温度を下げながら、室内機９０の戻る。このため
室温センサー２０の位置と室中央では温度差が生じ、こ
の温度差を考慮してゆらぎ制御を行なう必要がある。

【００５４】図６に以上説明した制御動作と室温の関係
を示す。図６の目標温度が室内機内部の温度センサ位置
の温度で、室内温度が居住空間（本実施例では８畳洋間
の中央、床上７５cmの点）における室温変化である。図
６に示すように、室内機内部の温度センサ位置の温度と
室内中央部の温度は違いがあり、温度センサ位置で０．
３〜０．５℃の範囲で制御すれば、室内中央で約１℃以
内の範囲の変動となる。

【００５５】上記ゆらぎ運転について、特に温度が下が
る場合が快適感に大きく影響するので実験により確認し
た。なお、実験は外気温度７℃および２℃で行なった。

【００５６】図７は、上記図６により説明した実施例の
ゆらぎ制御を導きだすまでに行った数々の実験データの
一つを示す図である。即ち、図７は、被験者による温度
に対する温冷感（温かさ及び肌寒さ）及び快適感の実験
結果を示す図である。図７の温度の特性は、実験時の室
温センサの位置（室内機の内部）と、室内中央位置での
温度変化を表している。

【００５７】図７の室内機内部の室温センサ位置の温度
は、暖房運転開始後約３４分で設定温度の２４℃まで達
っし、この時に室内中央位置の温度は設定温度の２４℃
を超えている。３７分頃に圧縮機を停止すると室内中央
位置の温度はすぐに低下するが、室内機の室温センサ位
置の温度は、室内機の取り付けられている高さが天井近
くであるため、浮力により上昇する暖気によって殆ど低
下していない。３９分頃に圧縮機が再び運転を開始した
後の、４０分から評価を開始した。

【００５８】被験者は、室内の広さが８畳（約１３
ｍ²）の洋間の略中央に配置された椅子に座り、暑さ寒
さの尺度である温冷感と、快適及び不快の尺度である快
適感を、時々刻々申告し記録した。図７の温冷感は、被
験者の申告した温冷感を示す図で、数値の大きい側が温
かいと感じた側で、数値の小さい側が、涼しい若しくは
肌寒いと感じた側である。図７の快適感は、被験者の申
告した快適感を示す図で、数値の大きい側が快適と感じ
た側で、数値の小さい側が、不快と感じた側である。

【００５９】図７の室内中央位置での温度変化が、設定
値より徐々に、１０分間で約１℃低くなるようにして、
その後１０分間継続して設定値よりも約１℃低い状態を
維持させている。このとき、温冷感は２０分の間ほとん
ど変わらないが、快適感は徐々に低下している。更にこ
の実験のコメントにより、２０分経過した後では大半の
人が寒く感じ、耐えられないと評価していたが、１０分
間ではやや寒さを感じるが不快感は生じないとの評価で
あった。以上の結果より、２０分以内であれば恩冷感は
良好であり、快適感もそれ程は悪化しないこと、室温を
設定値より１０分間で約１℃下げた場合は、不快感は殆
ど生じないといえる。このことから、２０分以内で１℃
下げる、好ましくは１０分間以内で１℃下げるように制
御するとよい。

【００６０】ゆらぎ制御の省エネルギー効果について
は、実験時の入力で比較したところ、従来制御の入力に
比べゆらぎ制御の入力は９３．３％となり、６．７％の
省エネルギー効果がみられた。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
負荷の大きい暖房期間に快適性を損なわずに省エネルギ
ーを図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例による空気調和機の制御装置を示すブロ
ック図

【図２】空気調和機の構造を示す断面図

【図３】実施例によるゆらぎ運転を開始するまでの動作
を示すフロ−図

【図４】実施例によるゆらぎ運転の動作を示すフロ−図

【図５】室内の気流の流れを示す図

【図６】本実施例によるゆらぎパタ−ンを示す図

【図７】室温と温冷感及び快適感との関係を示す実験デ
ータ図

【符号の説明】

１１…制御装置 １２…入力装置 １３…ＣＰＵ １４…室温検出部 １５…タイマ− １６…運転モ−ド記憶部 １７…出力部 １８…吸込口 １９…熱交換器 ２０…室温センサ− ２１…送風機 ２２…風向板 ２３…吹出口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金子 友通 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地株 式会社日立製作所冷熱事業部内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】室温を検出する室温検出部と、運転時間を
   カウントするタイマーと、目標温度と運転時間を記憶す
   る記憶部と、圧縮機の運転回転数を制御して決められた
   目標温度に室温を制御する制御部とを備えた空気調和機
   において、目標温度を経時的に変化させる手段と、３つ
   以上の異なった目標温度を持ち、上記目標温度を定めら
   れた条件に従い繰返し変化させたことを特徴とする空気
   調和機。
2. 【請求項２】請求項１において、目標温度が、使用者が
   設定した室温を第１の目標温度とし、第２の目標温度を
   上記第１の目標温度より低い目標温度にし、第３の目標
   温度を上記第１の目標温度より高い目標温度とし、目標
   温度の変化の順序を、第１の目標温度、第２の目標温
   度、第３の目標温度の順序としたサイクルとし、かかる
   サイクルを繰返し制御されることを特徴とする空気調和
   機。
3. 【請求項３】請求項２において、１サイクル内におい
   て、第２の目標温度での運転時間を第３の目標温度での
   運転時間より長くしたことを特徴とする空気調和機。
4. 【請求項４】盛況項３において、１サイクル内におい
   て、第２の目標温度での運転時間を１０分以内としたこ
   とを特徴とする空気調和機。
5. 【請求項５】請求項２において、第１の目標温度を設定
   室温、第２の目標温度を空調機本体内の温度センサ位置
   で第１の目標温度よりも０．３〜０．５℃低くし、第３
   の目標温度を同じく空調機本体内の温度センサ位置で第
   １の目標温度よりも０．３〜０．５℃高くし、第１の目
   標温度での運転時間を１０分間、第２の目標温度での運
   転時間を１０分間、第３の目標温度での運転時間を５分
   間としたことを特徴とする空気調和機。
6. 【請求項６】請求項１または２において、風速を微風と
   したことを特徴とする空気調和機。