JP2615599B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、家庭用エアコン、店舗や事務所用エアコ
ン、ビル用マルチ空調システム及びセントラル空調シス
テムなどの空気調和装置に関し、特に、輻射温度に基づ
く空調制御の改良に係るものである。

（従来の技術） 一般に、空気調和装置には室内における壁面等の輻射
温度を検出し、室内温度を設定温度に近付けるようにし
ているものがある。

例えば、特開昭61−149751号公報に開示されているよ
うに、室内ユニット本体の下部に輻射温度センサを取付
け、該輻射温度センサが離れた壁面等の輻射温度を検出
し、この検出した輻射温度信号に基づいて圧縮機の回転
数を制御するようにしている。

そして、上記壁面等の輻射温度が低いときは設定温度
を高くし、逆に、輻射温度が高いときは設定温度を低く
し、空気温度を検出して空調制御する場合に比べてより
人間の快適度に合せた空調制御を行うようにしている。

（発明が解決しようとする課題） 上述した空気調和装置においては、１つの輻射温度セ
ンサを所定の被測定方向に向けて設置固定しているのみ
であるため、例えば、前方の一壁面の輻射温度を検出し
ているにすぎなかった。

これでは、室内が同一環境の壁面で囲まれている場合
には快適な空調を行うことができるが、通常、各部屋に
は外部窓が設けられていて日光が入射しており、この外
部窓と壁面との輻射温度は大きく異なるので、１箇所の
検出では室内全体に亘って快適な空調を行えないという
問題があった。

特に、近年、OA機器の普及により各事務室では一壁面
に沿ってOA機器を設置している場合が多く、この場合の
暖房時においては、OA機器方向の負荷が小さく、外部窓
方向の負荷が大きくなる。

従って、室内全体を均一な風量等で制御していたので
は均一な温熱環境を維持できないという欠点があった。

本発明は、斯かる点に鑑み、複数の被測定箇所におけ
る輻射温度を検出し、該輻射温度に対応して風量分配比
を制御することにより、室内全体を均一な温熱環境に自
動的に維持することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明が講じた手段は、
第１図及び第３図に示すように、輻射温度検出器（１）
を有し、室内（Ｂ）における複数の被測定箇所（31）の
輻射温度を離れた位置より検出する検出手段（11）が設
けられている。そして、該検出手段（11）が検出した輻
射温度より上記各被測定箇所（31）方向の風量分配比を
制御する制御手段（21）が設けられている。

更に、上記輻射温度検出器（１）は、前面が開放する
収納室（5c）を有し且つ断熱材よりなる断熱ケース
（５）と、該断熱ケース（５）の収納室（5c）内に背面
が断熱ケース（５）で覆われた状態で張設されて輻射熱
を吸収する輻射熱吸収板（３）とを備えている。加え
て、上記輻射温度検出器（１）は、該輻射熱吸収板
（３）の温度を検知する温度検知素子（２）と、上記断
熱ケース（５）の収納室（5c）前面に上記輻射熱吸収板
（３）に対して自然対流が生じない厚さの空気断熱層
（９）を介して張設され、輻射熱が透過する赤外線透過
性材よりなる輻射熱透過膜（８）とを備えている。その
上、上記輻射温度検出器（１）は、所定範囲の輻射熱を
上記断熱ケース（５）の収納室（5c）に集める集熱手段
（10）とを備えている。しかも、上記輻射熱吸収板
（３）は、前面に輻射熱を吸収する塗料層（４）を有
し、該塗料層（４）が肌色又はクリーム色の塗料で形成
されている。

（作用） 上記構成により、本発明では、室内（Ｂ）における壁
面や外部窓などの複数の被測定箇所（31）の輻射温度を
２以上の複数の輻射温度検出器（１）で検出するか、或
いは１つの輻射温度検出器（１）で走査して検出する。

つまり、床や壁などからの輻射熱は、集熱手段（10）
によって収納室（5c）に導入し、輻射熱透過膜（８）を
透過した後、空気断熱層（９）を介して輻射熱吸収板
（３）に入射する。その後、上記輻射熱は輻射熱吸収板
（３）における肌色又はクリーム色の塗料層（４）を伝
わり、温度検知素子（２）がこの輻射熱により輻射温度
を検知する。

そして、この検出した輻射温度に基づいて制御手段
（21）が可動ルーバの作動器や送風機を制御し、上記各
被測定箇所（31）方向の風量分配比を調節する。例え
ば、外部窓方向の風量を100％に、壁面方向の風量を０
％に調節するか、或いは外部窓方向の風量を最も多く
し、壁面方向の風量を少なくし、OA機器方向の風量を零
に調節する。

これにより、室内（Ｂ）において負荷が異なる場合で
もその負荷に対応して風量を自動的に調節するので、室
内（Ｂ）全体を常に均一な温熱環境に維持することがで
きる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図に示すように、（Ａ）は室内（Ｂ）に配置され
た空気調和装置であって、２つの輻射温度検出器（1,
1）を有する検出手段（11）と、風量分配比を制御する
制御手段（21）とを備えて構成されている。

上記空気調和装置（Ａ）は室内（Ｂ）の一壁面に沿っ
て配置されており、上記検出手段（11）は空気調和装置
（Ａ）の前方側面の壁面（32）及び外部窓（33）を被測
定箇所（31）に設定し、該壁面（32）と外部窓（33）と
の輻射温度を２つの輻射温度検出器（1,1）で検出する
ようにしている。

そこで、該輻射温度検出器（１）を第２図及び第３図
に基づいて説明すると、該輻射温度検出器（１）は温度
検知素子（２）によって非接触で輻射温度を検出するよ
うに構成されている。

該温度検知素子（２）は温度を検知する熱電対などで
構成されており、輻射熱吸収板（３）の中央部に埋設さ
れ、温度検知素子（２）は前面から背面に亘って輻射熱
吸収板（３）で覆われている。そして、該温度検知素子
（２）は全面で輻射熱吸収板（３）からの熱（壁等の輻
射熱）を受けるように成っている。該輻射熱吸収板
（３）は前面に積層形成されて輻射熱を吸収する塗料層
（４）を有し、この前面にて該塗料層（４）が吸収した
輻射熱を受けて上記温度検知素子（２）に伝達するよう
にしている。

上記塗料層（４）は、人体の皮膚や衣服の分光反射
率、逆に言うなれば分光吸収率に概略合致する分光吸収
率を有する塗料、例えば、四弗化エチレン樹脂（PTFE）
等の弗素樹脂と酸化チタン（TiO₂）等の顔料とから形成
されている。そして、該塗料層（４）の輻射熱伝達率を
人体等の輻射熱伝達率に略合致させて人体に対する輻射
温度を精度良く検知するようにしている。

すなわち、皮膚や衣服の分光反射率は可視光及び近赤
外光領域で高く、赤外光で零に近くなるので、上記塗料
層（４）がこの分光反射率に対応するようにし、例えば
肌色やクリーム色などとして実際の人体等に近い分光輻
射特性を得るようにしている。仮に、上記塗料層（４）
を黒色塗料とすると、可視光及び近赤外光領域の反射率
が零に近くなり、太陽光などの高温熱源からの熱を実際
の人体等以上に吸収し、過大評価することになる。そこ
で、上述の如く肌色等の塗料層（４）が施されている。

上記輻射熱吸収板（３）は断熱ケース（５）に収納さ
れ、該ケース（５）は断熱材により所定厚さに形成され
ており、後壁部（5a）の周囲に側壁部（5b）が連設され
て断面Ｕ字状に形成され、内部が収納室（5c）に構成さ
れている。該側壁部（5b）には上記輻射熱吸収板（３）
が側端にて連接されて張設され、該吸収板（３）が後壁
部（5a）と所定間隔を存して平行支持され、吸収板
（３）と後壁部（5a）との間が後方空気断熱層（６）に
成っている。

そして、上記ケース（５）と後方空気断熱層（６）と
によって上記温度検知素子（２）を含む輻射熱吸収板
（３）の側方及び後方が外部熱より遮断されている。

尚、（７）は、輻射熱吸収板（３）及びケース（５）
を貫通して導出された温度検知素子（２）のリード線で
ある。

また、上記輻射熱吸収板（３）の前方には所定間隔を
存して輻射熱透過膜（８）が断熱ケース（５）の収納室
（5c）の前面開口を覆って張設され、該透過膜（８）と
塗料層（４）との間が前方空気断熱層（９）に構成され
ている。上記輻射熱透過膜（８）は、ポリエチレンやポ
リプロピレン等の赤外線透過性の樹脂で薄膜に形成され
ており、輻射熱を確実に透過して上記輻射熱吸収板
（３）に供給すると共に、該吸収板（３）と外気とを遮
断して風などの対流による熱が吸収板（３）に伝達され
ないようにしている。

上記輻射熱透過膜（８）を、例えば、30μｍの厚さの
ポリエチレンで形成すると、その分光透過率は波数が40
00cm^-1から500cm^-1の赤外線をほぼ90％透過し、熱線
（赤外線）である輻射熱が確実に透過して輻射熱吸収板
（３）に伝わることになる。また、上記輻射熱透過膜
（８）を波長が６〜７μｍ以上の赤外線のみを透過する
カットオンフィルタで形成してもよく、輻射熱のみが輻
射熱吸収板（３）に伝わるようにしてもよい。

一方、上記前方空気断熱層（９）は、輻射熱吸収板
（３）の前面と外部とを空気層でもって断熱しており、
その厚さは自然対流が生じない厚さに設定されている。
つまり、２枚の平板を平行に設置した状態において、温
度差に伴って自然対流が生じる平板間の距離は実験的に
求められており、この平板間距離が所定値以上に大きく
なると、自然対流が生起してこの対流による熱移動が大
きくなる。そこで、本実施例における前方空気断熱層
（９）は、厚さを厚くすると断熱効果は大きくなるもの
の、所定値以上に大きくすると、断熱層（９）内で自然
対流が生じて輻射熱以外に対流熱移動が生じるので、5m
m〜10mmとして上記吸収板（３）に伝わる熱のうち多く
が上記透過膜（８）を透過した輻射熱となるように構成
されている。

更に、上記輻射熱透過膜（８）の前面には、集熱手段
（10）の反射筒（10a）が連設されており、該反射筒（1
0a）は所定範囲内の輻射熱、例えば、壁面（32）から出
る輻射熱のみを集めるように構成されている。該反射筒
（10a）は、後端が上記断熱ケース（５）における側壁
部（5b）の内周縁にほぼ一致し、この後端より前方に向
って外側に広がるホーン形に形成され、所定範囲の輻射
熱のみが反射筒（10a）内に入射し、直接輻射熱透過膜
（８）を通る他、反射筒（10a）の内面で反射して該透
過膜（８）を通るようにしている。そして、上記反射筒
（10a）はアルミ板、アルミメッキ、ニッケルメッキ、
金メッキなどで形成されている。

上記検出手段（11）は２つの輻射温度検出器（１）が
断熱ケース（５）を共通にして設けられて成り、該断熱
ケース（５）の前面が中央より側方に向って傾斜してい
る。そして、上記両輻射温度検出器（１）がそれぞれ異
なる側方に向って配置され、前方の壁面（32）及び外部
窓（33）までの間が検知エリア（M1,M2）となり、それ
ぞれ壁面（32）及び外部窓（33）が輻射温度を離れた位
置より検出している。

一方、上記制御手段（21）は、上記両輻射温度検出器
（１）が検出した輻射温度に基づいて被測定箇所（31）
である壁面（32）方向と外部窓（33）方向との風量分配
比を制御しており、例えば、可動ルーバの作動器を制御
し、風向きを変更して風量分配比を制御するように構成
されている。

次に、この空気調和装置（Ａ）の空調動作について説
明する。

先ず、２つの輻射温度検出器（１）には壁面（32）及
び外部窓（33）より出た輻射熱が熱線として輻射熱透過
膜（８）に伝わることになる。その際、反射筒（10a）
が設けられているため、該反射筒（10a）前方の壁面（3
2）と外部窓（33）から出る輻射熱のみが反射筒（10a）
内に導入することになる。そして、該反射筒（10a）内
に導入した輻射熱は直接輻射熱透過膜（８）に伝わる
他、反射筒（10a）の内面で反射して該透過膜（８）に
伝わることになる。

その後、上記輻射熱透過膜（８）はポリエチレンやシ
リコン基板等で形成されているので、輻射熱は確実に透
過し、空気断熱層（９）を介して塗料層（４）に伝わる
ことになる。この塗料層（４）において、人体の皮膚や
衣服等とほぼ同様に輻射熱が吸収された後、この輻射熱
は輻射熱吸収板（３）に伝わることになる。

そして、温度検知素子（２）はこの輻射熱吸収板
（３）より伝達される輻射熱により輻射温度を検出し、
この輻射温度の検出信号により制御手段（21）が可動ル
ーバ等の作動器を制御することになる。例えば、暖房時
において外部窓（33）の輻射温度が低下すると、第１図
矢符Ｘで示すように、暖房空気の風向を外部窓（33）方
向に変更し、外部窓（33）方向の風量を100％に、壁面
（32）方向の風量を０％に制御する。

これにより負荷に応じて風量が自動的に制御されるの
で、室内（Ｂ）全体を常時均一な温熱環境に保つことが
できる。

第４図は集熱手段（10）の他の実施例を示し、輻射熱
透過膜（８）が凸レンズに形成されて該凸レンズ面（10
b）で構成されている。そして、この輻射熱透過膜
（８）はポリエチレン等の樹脂の他、Ge,KRS−5,KRS−
6,Siなどの赤外線透過性結晶材料などで形成されてい
る。

従って、輻射熱は凸レンズ面（10b）で屈折して温度
検知素子（２）に伝わることになり、所定範囲内の輻射
熱のみが検知されることになる。

第５図及び第６図は検出手段（11）の他の実施例を示
し、前実施例が２つの輻射温度検出器（1,1）を固定配
置したのに代り、１つの輻射温度検出器（１）で複数の
被測定箇所（31）を走査するようにしたもので、第５図
のものは首振り型に、第６図のものは回転型に構成され
ている。すなわち、第５図に示すものは、断熱ケース
（５）の背面より支持材（12）が突設され、該支持材
（12）に固定軸（13）が回転自在に連接されて輻射温度
検出器（１）が回動自在に支持されている。

また、上記支持材（12）の後端部はリンク（14）及び
アーム（15）を介して駆動手段であるステッピングモー
タ（16）の回転軸（16a）に連接されている。

従って、ステッピングモータ（16）を駆動すると、ア
ーム（15）が回転してリンク（14）が左右に往復動し、
輻射温度検出器（１）が左右に回動する（第５図矢符Y1
参照）。そして、例えば、第１図に示す空気調和装置
（Ａ）においては、側方壁面（32）、外部窓（33）の他
に前方壁面（34）も被測定箇所（31）とし、各壁面（3
2,34）及び外部窓（33）を走査して各輻射温度を検出
し、この検出信号により制御手段（21）が可動ルーバ等
の作動器を制御し、各方向の風量を変更することにな
る。

一方、第６図に示すものは、輻射温度検出器（１）が
断熱ケース（５）の背面にて支持板（17）を介してステ
ッピングモータ（16）の回転軸（16a）に直結されて構
成されている。そして、上記輻射温度検出器（１）はや
や上向きに設定され、ステッピングモータ（16）の駆動
により回転し（第６図矢符Y2参照）、周囲四方を走査し
て輻射温度を検出することになる。

第７図は制御手段（21）による他の風量分配例を示
し、空気調和装置（Ａ）が室内（Ｂ）のほぼ中央部に配
置されると共に、一壁面に添ってOA機器（35）が設置さ
れている。そして、上記空気装置（Ａ）は、第６図に示
す回転型の検出手段（11）が設けられ、四方に向って空
調空気を放出するように構成されている。

従って、上記検出手段（11）は、外部窓（33）方向及
びOA機器（35）方向の他、残り２方向の壁面（32,34）
を順に走査し、各方向の輻射温度を検出する。この検出
信号に基づいて制御手段（21）が送風機等を制御し、四
方向の風量分配比を制御することになる。

例えば、暖房時において、外部窓（33）の輻射温度が
最も低く、続いて、両壁面（32,34），そして、OA機器
（35）の順に高くなると、外部窓（33）方向の風量を最
も多くし（Z1）、両壁面（32,33）方向の風量をやや少
なくし（Z2）,OA機器（35）方向の風量を零にする。

これにより負荷に応じた風量が分配されることにな
り、前実施例と同様に室内（Ｂ）の全体に亘って均一な
温熱環境を保つことができると同時に、OA機器（35）の
周辺は該OA機器（35）に適した環境に保つことができ
る。

尚、上記実施例において、輻射温度検出器（１）を２
つ設けた検出手段（11）について説明したが、被測定箇
所（31）の数に対応して３つ以上設けてもよい。

また、駆動手段はステッピングモータ（16）に限られ
ないことは勿論である。

（発明の効果） 以上のように、本発明の空気調和装置によれば、室内
における複数の被測定箇所の輻射温度を検出し、この輻
射温度により各被測定箇所方向の風量分配比を制御する
ようにしたゝめに、各被測定箇所の負荷に応じて空調制
御を分割して行うので、室内全体を常に均一な温熱環境
に維持することができる。特に、OA機器を設置した事務
所においては、OA機器周りのみを該OA機器に適した環境
に維持することができる。

また、輻射温度検出器（１）は、温度検知素子が輻射
熱吸収板の温度を検知するようにし、該輻射熱吸収板の
前方を空気断熱層を介して輻射熱透過膜で覆うようにし
たゝめに、輻射熱吸収板がその前面にて輻射熱を受けて
温度検知素子が輻射温度を検知するので、輻射熱の受熱
面積が広くなり、受熱量が多く、正確な輻射温度を検出
することになるから、空調制御を精度よく行うことがで
きる。

また、輻射熱透過膜を赤外線透過性材で形成するの
で、輻射熱が確実に透過して吸収板に伝わることにな
る。更に、空気断熱層を5mm〜10mm等の所定厚さに形成
するので、自然対流が生じることがなく、対流による熱
移動を少なくすることができ、輻射温度の精度を向上さ
せることができることから、空調制御精度の向上を図る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は空気調和装置の
空調状態を示す室内の平面図、第２図は輻射温度検出器
の縦断面図、第３図は検出手段の断面図である。第４図
は他の集熱手段を示す検出手段の断面図である。第５図
及び第６図は検出手段の他の実施例を示し、第５図は首
振り型検出手段の平面図、第６図は回転型検出手段の側
面図である。第７図は空気調和装置の他の空調状態を示
す室内の平面図である。 （Ａ）……空気調和装置、（Ｂ）……室内、（１）……
輻射温度検出器、（２）……温度検知素子、（３）……
輻射熱吸収板、（４）……塗料層、（５）……断熱ケー
ス、（5c）……収納室、（８）……輻射熱透過膜、
（９）……前方空気断熱層、（10）……集熱手段、（10
a）……反射筒、（10b）……凸レンズ面、（11）……検
出手段、（16）……ステッピングモータ、（21）……制
御手段、（31）……被測定箇所。

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】輻射温度検出器（１）を有し、室内（Ｂ）
   における複数の被測定箇所（31）の輻射温度を離れた位
   置より検出する検出手段（11）と、 該検出手段（11）が検出した輻射温度より上記各被測定
   箇所（31）方向の風量分配比を制御する制御手段（21）
   とを備える一方、 上記輻射温度検出器（１）は、 前面が開放する収納室（5c）を有し且つ断熱材よりなる
   断熱ケース（５）と、 該断熱ケース（５）の収納室（5c）内に背面が断熱ケー
   ス（５）で覆われた状態で張設されて輻射熱を吸収する
   輻射熱吸収板（３）と、 該輻射熱吸収板（３）の温度を検知する温度検知素子
   （２）と、 上記断熱ケース（５）の収納室（5c）前面に上記輻射熱
   吸収板（３）に対して自然対流が生じない厚さの空気断
   熱層（９）を介して張設され、輻射熱が透過する赤外線
   透過性材よりなる輻射熱透過膜（８）と、 所定範囲の輻射熱を上記断熱ケース（５）の収納室（5
   c）に集める集熱手段（10）とを備え、 更に、上記輻射熱吸収板（３）が、前面に輻射熱を吸収
   する塗料層（４）を有し、該塗料層（４）が肌色又はク
   リーム色の塗料で形成されて構成されている ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の空気調和
   装置。
2. 【請求項２】集熱手段（10）は、輻射熱透過膜（８）の
   前面から突設され、該透過膜（８）の前方に向って外側
   に広がるホーン形の反射筒（10a）で構成されている ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の空気調和
   装置。
3. 【請求項３】集熱手段（10）は、輻射熱透過膜（８）が
   凸レンズに形成されて該凸レンズ面（10b）で構成され
   ている ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の空気調和
   装置。
4. 【請求項４】検出手段（11）は、複数の輻射温度検出器
   （１）が異なる方向に向けて配設されて構成され、複数
   の被測定箇所（31）の輻射温度を検出する ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の空気調和
   装置。
5. 【請求項５】検出手段（11）は、１つの輻射温度検出器
   （１）に駆動手段（16）が連接されて構成され、複数の
   被測定箇所（31）を走査して輻射温度を検出する ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の空気調和
   装置。