JP2008116142A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】空気調和機において、小型のモータを用いてフィルタ清掃を短時間で行うこと。
【解決手段】空気調和機は、熱交換器と、熱交換器の上流に配置されたフィルタと、フィルタを通過した空気を熱交換器で熱交換するように送風する送風ファンと、フィルタと摺接しフィルタの塵埃を除去する塵埃除去手段及び移動用モータを用いて塵埃除去手段とフィルタとの相対的な位置を移動させる移動手段を有する清掃機構と、制御手段とを備える。制御手段は、移動用モータに必要なトルクの大きさに対応して移動手段の移動速度を複数に変速させる。
【選択図】図７

Description

本発明は、空気調和機に係り、特にフィルタの自動清掃運転が可能な空気調和機に好適なものである。

空気調和機は、室内空気を熱交換器に循環させて、加熱、冷却または除湿した調和空気にし、これを室内に吹出すことにより室内環境を快適なものとする。このとき、循環空気中の塵埃を除去するフィルタを備えて、熱交換器に塵埃が付着し熱交換性能が低下することのないように、また、室内を清浄な空間にし、居住者が快適に過ごせるようにしている。フィルタには常に室内空気が循環しているので、室内空気中の塵埃が徐々に蓄積されていく。

このため、適当な時期にフィルタを清掃する必要がある。従来、空気調和機に内蔵されるフィルタを清掃するときには、空気調和機から塵埃で汚れたフィルタを取り出して電気掃除機等を使用して付着した塵埃を取り除き、再び空気調和機に取付けていた。

しかし、空気調和機は室内の高所に据付けられることが多く、フィルタの清掃が不便であるため、フィルタの清掃が簡単にできるように種々の工夫が凝らされている。フィルタの清掃を行うために、ゴミ取り部に挟み込まれたフィルタをモータにて移動させる従来技術として、特開２００５−３０８３９１号公報（特許文献１）記載のものが知られている。

この特許文献１では、空気吸入口と熱交換器との間に配置されたフィルタを所定方向に往復移動させる移動手段及びフィルタに付着した塵埃を除去するゴミ取り部を有する清掃機構を備え、フィルタを自動的に清掃するとともに、除去されたゴミがフィルタ清掃部外に持ち出されないようにしたフィルタの自動清掃の制御について述べている。

特開２００５−３０８３９１号公報

特許文献１では移動手段によるフィルタの移動速度が一定である。このため、小型のモータを用いてフィルタを移動しようとすると、モータで発生するトルクが小さく、フィルタの移動速度を落として清掃する必要があり、短時間にフィルタ清掃ができない、という課題があった。短時間でフィルタを清掃するには、フィルタの移動速度を上げても必要なトルクを発生できる大型のモータを用いる必要があり、そのモータの設置スペースを確保することが難しくなる、という課題があった。

本発明の目的は、小型のモータを用いて短時間でフィルタ清掃が可能な空気調和機を提供することにある。

前述の目的を達成するために、本発明は、熱交換器と、前記熱交換器の上流に配置されたフィルタと、前記フィルタを通過した空気を前記熱交換器で熱交換するように送風する送風ファンと、前記フィルタと摺接し前記フィルタの塵埃を除去する塵埃除去手段及び移動用モータを用いて前記塵埃除去手段と前記フィルタとの相対的な位置を移動させる移動手段を有する清掃機構とを備えた空気調和機において、前記移動用モータに必要なトルクの大きさに対応して前記移動手段の移動速度を複数に変速させる制御手段を具備したことにある。

係る本発明のより好ましい具体的な構成例は次の通りである。
（１）前記塵埃除去手段は、前記フィルタの上流側の面と摺接し前記フィルタの塵埃を掃き寄せる掃除用刷毛であり、前記掃除用刷毛と摺接して前記掃除用刷毛に付着した塵埃を前記掃除用刷毛から除去するとともにこの塵埃を付着させる除去ブラシと、前記除去ブラシと摺接して前記除去ブラシに付着した塵埃を保持する塵埃戻り防止ブラシとを備えたこと。
（２）前記掃除用刷毛は前記移動手段によって前記フィルタ上を往復移動され、前記制御手段は、起動時に、前記複数の移動速度のうち往復中間移動時よりも低い速度で前記掃除用刷毛を移動させるように制御すること。
（３）前記掃除用刷毛は前記移動手段によって前記フィルタ上を往復移動され、前記制御手段は、制動時に、前記複数の移動速度のうち往復中間移動時よりも低い速度で前記掃除用刷毛を移動させるように制御すること。
（４）前記掃除用刷毛は前記移動手段によって前記フィルタ上を往復移動され、前記制御手段は、前記掃除用刷毛と前記除去ブラシとの摺接時に、前記複数の移動速度のうち往復中間移動時よりも低い速度で前記掃除用刷毛を移動させるように制御すること。
（５）前記掃除用刷毛は前記移動手段によって前記フィルタ上を往復移動され、前記制御手段は、前記掃除用刷毛の起動時、制動時、及び前記掃除用刷毛と除去ブラシとの摺接時に、前記複数の移動速度のうち往復中間移動時よりも低い速度で移動させるように制御すること。

かかる本発明の空気調和機によれば、小型のモータを用いてフィルタ清掃を短時間で行うことができる。

以下、本発明の一実施例の空気調和機について図を用いて説明する。

まず、空気調和機の全体構成を、図１及び図２を用いて説明する。図１は本実施例の空気調和機の室内機における側断面図、図２は図１の室内機の内部正面図である。

図１において、符号１で総括的に示すのは空気調和機の室内機である。室内機１は筐体２１の中央部に室内熱交換器３３を置き、熱交換器３３の下部に熱交換器３３の幅と略等しい長さの貫流ファン方式の送風ファン３１１を配置し、送風ファン３１１を駆動する送風モータ３１３、露受皿３５等を取付け、化粧枠２３で覆い、化粧枠２３の前面に前面パネル２５を取付けた構成になっている。

化粧枠２３には、室内空気を吸い込む空気吸込み口２３０と、温湿度が調和された空気を吹出す空気吹出し口２９とが設けられている。送風ファン３１１からの吹出し気流を送風ファン３１１の長さに略等しい幅を持つ吹出し風路２９０に流し、吹出し風路２９０途中に配した左右風向板２９５で気流の左右方向を偏向し、更に、吹出し口２９に設けた上下風向板２９１によって気流の上下方向を偏向し、室内に吹出している。

また、吸込み側の可動パネル２５１は、図示しない駆動モータを回転させることにより、下部に設けた回動軸を支点として回動できるように構成されている。この可動パネル２５１は、空気調和機の運転時に前側空気吸込部２３０’を開き、前側空気吸込部２３０’からも室内空気を室内機１内に吸引し、空気調和機の停止時に前側空気吸込部２３０’を閉じるように制御される。

フィルタ２３１、２３１’は、吸い込まれた室内空気中に含まれる塵埃を取り除くためのものであり、室内熱交換器３３の吸込側を覆うように配置されている。送風ファン３１１は、横長の貫流ファンで構成され、室内空気を空気吸込み口２３０、２３０’から吸い込んで空気吹出し口２９から吹出すように室内機１内の中央に配置されている。室内熱交換器３３は、送風ファン３１１の吸込側に配置され、略逆Ｖ字状に形成されている。

露受皿３５は、室内熱交換器３３の前後両側の下端部下方に配置され、冷房運転時や除湿運転時に室内熱交換器３３に発生する凝縮水を受けるために設けられている。露受皿３５で受けて集められた凝縮水はドレン配管（図示せず）を通して室外に排出される。

これらによって、空調される室内空気を流す主風路が形成される。即ち、送風ファン３１１を運転することで、室内空気は空気吸込み口２３０、２３０’から吸い込まれ、フィルタ２３１、２３１’を介し、室内熱交換器３３にて熱交換された後、空気吹出し口２９から室内に吹出される。

この空気調和機を運転する時には、電源（図示せず）に接続してリモコン（図示せず）を操作し、所望の冷房、除湿、暖房等の運転を行う。これらの運転は、マイコンからなる制御手段（図示せず）により制御される。この制御手段は後述するフィルタの清掃機構も制御する。

次に、フィルタの清掃手段について図３を用いて説明する。図３（ａ）は清掃機構斜視図、図３（ｂ）は集塵容器と掃除用刷毛の斜視図である。

本実施例では、熱交換器３３の上流の上側吸込み部２３０と前側吸込み部２３０’に面した直行する二面には、平面状のフィルタ２３１、２３１’が設けられている。フィルタ２３１、２３１’は案内枠２３４に係着されている。案内枠２３４は上側後部と前側下部にレール２３５、２３５’を、フィルタ２３１、２３１’の交叉部に推進軸２４３を備える。

ここで、同一の機能を有する部分が上側フィルタ２３１用と、前側フィルタ２３１’用にある場合は、前側フィルタ２３１’用の部分に上側フィルタ２３１用の部分の符号に「’」をつけて区別する。

推進軸２４３は、多角形断面を有し、案内枠２３４に設けた軸受２４５に軸支されている。推進軸２４３の片側は、軸受２４５を貫通しており、その端部には、案内枠２３４に固定した移動用モータ２４２が連結されている。推進軸２４３にはスクリュウ２４４、キャリッジ２６１が緩装されている。スクリュウ２４４は、案内枠２３４に設けられ、且つ推進軸２４３と平行なラック２３７に噛合している。

キャリッジ２６１とレール２３５、２３５’との間には刷毛支持枠２６２、２６２’が各々フィルタ２３１、２３１’を跨いで懸架されている。刷毛支持枠２６２、２６２’にはフィルタ２３１、２３１’を掃いて掃除する掃除用刷毛２６７、２６７’が取付けられている。

しかして、移動用モータ２４２を回転させることで、推進軸２４３、スクリュウ２４４が回転し、ラック２３７に沿って、スクリュウ２４４が移動用モータ２４２の回転方向に応じて左右方向に動き、キャリッジ２６１を移動させる。これにより、掃除用刷毛２６７、２６７’がフィルタ２３１、２３１’に摺接しながら掃くように移動し、フィルタ２３１、２３１’上の塵埃を掃除用刷毛２６７、２６７’に掃き取り、案内枠２３４の左部の除去ブラシ２７１，２７１’に移動させる。

次に、清掃機構の構成及び動作について上側の清掃機構を例に取り、図４を用いて説明する。図４は掃除用刷毛の毛先の動きを示す説明図である。

フィルタ２３１の右方には清掃動作が行われていない時に掃除用刷毛２６７が待機する待機部２３８がある。

清掃機構が清掃動作する時には、待機部２３８に図４のＦ部に示す如く待機していた掃除用刷毛２６７を、移動用モータ２４２を運転してフィルタ２３１を掃引するよう図４のＤ部に示す如く移動させる。この時、掃除用刷毛２６７がフィルタ２３１の端である待機部２３８から移動したものかを起動検出手段であるリミットスイッチ４１により検出する。掃除用刷毛２６７は、フィルタ２３１面に徐々に毛先を曲げ変形させながら乗り上げ、フィルタ２３１と摺接する。

掃除用刷毛２６７は、除去ブラシ２７１の方向に移動しながらフィルタ２３１を掃引し、塵埃２３６を掃き取る。フィルタ２３１の掃引を終了した掃除用刷毛２６７は、掃き取った塵埃２３６と共に、除去ブラシ２７１に至り、除去ブラシ面２７１ａと有効に摺接しながら、塵埃２３６を除去ブラシ２７１に移載する。

反転検出手段であるリミットスイッチ４２により、掃除用刷毛２６７は塵埃２３６を除去ブラシ２７１へ移載が終了したことが検出される。これにより、掃除用刷毛２６７は、反転移動し、清掃時とは逆向きに、掃除用刷毛２６７の毛先は突出しているフィルタ２３１面に徐々に毛先を曲げ変形させながら乗り上げ、フィルタ２３１と摺接する。

掃除用刷毛２６７は、清掃時とは逆向きに毛先を変形させてフィルタ２３１に摺接しながら移動し、待機部２３８に向かい、制動検出手段であるリミットスイッチ４３の検出により移動を終了する。制動検出手段であるリミットスイッチ４３と、起動検出手段であるリミットスイッチ４１は同一のもので兼用してもよい。

このような一連のフィルタ清掃運転を行うために、掃除用刷毛２６７を移動させる移動用モータ２４２が発生しなければならない必要トルクは、掃除用刷毛２６７の起動時、及び掃除用刷毛２６７と除去ブラシ２７１との摺接時に何れも大きくなることは明らかである。

本実施例の室内機１においては、移動用モータ２４２として、ステッピングモータを用いている。図５にステッピングモータの回転速度と出力トルクの関係を示す。この図５から明らかなように、大きな出力トルクを得るためには、回転速度をある値以下に抑える必要がある。本実施例の場合、最も大きなトルクを必要とする時は掃除用刷毛２６７と除去ブラシ２７１との摺接時の０．２６［Ｎ・ｍ］以上であり、次は掃除用刷毛２６７の起動時の０．２５［Ｎ・ｍ］以上であり、最も小さなトルクでよい時は往復中間移動時の０．２０［Ｎ・ｍ］以上である。したがって、移動用モータ２４２の回転速度は、掃除用刷毛２６７と除去ブラシ２７１との摺接時においては４４．１［１／ｍｉｎ］以下、掃除用刷毛２６７の起動時においては４７．１［１／ｍｉｎ］以下、掃除用刷毛２６７の往復中間移動時においては５９．３［１／ｍｉｎ］以下とする必要がある。

次に、掃除用刷毛２６７の移動速度を複数に変速させた場合の動作について図６を用いて説明する。

前述したように、一連のフィルタ清掃運転を行うために、掃除用刷毛２６７を移動させる移動用モータ２４２が発生しなければならない必要トルクの大きさは、掃除用刷毛２６７と除去ブラシ２７１との摺接時、起動時、往復中間移動時の順となる。したがって、掃除用刷毛２６７と除去ブラシ２７１との摺接時には、移動用モータの回転速度を３１．２［１／ｍｉｎ］以下とすることによりその必要トルクが得られる。そして、フィルタ掃除の大半を占める往復中間移動時には、その必要トルクを得るのに回転速度を５２．０［１／ｍｉｎ］まで上げられる。

そこで、清掃時の刷毛移動時である往路は、起動時の区間Ａにおいて、区間Ｂである往復中間移動時の速度ｖ３よりも低い速度ｖ２にて掃除用刷毛２６７を移動させる。また、掃除用刷毛２６７と除去ブラシ２７１との摺接時である区間Ｃにおいては、区間Ｂである往復中間移動時の速度ｖ３よりも低い速度ｖ１にて掃除用刷毛２６７を移動させる。この区間Ｃにおいて、往復移動時の速度ｖ３よりも低い速度ｖ１にて掃除用刷毛２６７を移動させることで、必要なトルクを得ることができるだけでなく、掃除用刷毛２６７が塵埃２３６を除去ブラシ２７１へ移載を終了し、反転検出手段であるリミットスイッチ４２の論理を反転させてから、掃除用刷毛２６７を制動する間に移動する距離を短くすることができる。

掃除用刷毛２６７が反転移動する戻り移動時（復路）の際にも、掃除用刷毛２６７と除去ブラシ２７１との摺接時である区間Ｃにおいては、区間Ｂである往復移動時の速度ｖ３よりも低い速度ｖ１にて掃除用刷毛２６７を移動させる。

また、掃除用刷毛２６７が待機部２３８に向かい制動検出手段であるリミットスイッチ４３の検出により移動を終了する区間Ａにおいて、区間Ｂである往復移動時の速度ｖ３よりも低い速度ｖ２にて掃除用刷毛２６７を移動させることで、フィルタ清掃運転が終了し、制動検出手段であるリミットスイッチ４３の論理を反転させてから、掃除用刷毛２６７を制動する間に移動する距離を短くすることができる。

本実施例では、掃除範囲全区間は７２８．２［ｍｍ］であり、区間Ａを９．８［ｍｍ］、区間Ｃを６８．７［ｍｍ］、区間Ｂ＝掃除範囲全区間７２８．２−（区間Ａの９．８［ｍｍ］＋区間Ｃの６８．７［ｍｍ］）＝６４９．７［ｍｍ］、スクリュウ２４４はラック２３７との噛み合いから６．２８［ｍｍ／ｒｅｖ］である。

ここで、全区間を掃除用刷毛２６７と除去ブラシ２７１との摺接時の必要トルクに合わせて移動用モータの回転速度を区間Ａ、Ｂ、Ｃとも３１．２［１／ｍｉｎ］の一定速とした場合の往復の掃除運転時間は、４４５．４［秒］となる。

一方、区間Ａを４１．６［１／ｍｉｎ］、区間Ｂを５２．０［１／ｍｉｎ］、区間Ｃを３１．２［１／ｍｉｎ］とした場合の往復の清掃運転時間は、２８５．４［秒］となり、約３６％の低減となる。

次に、上述した制御を図７にフローチャートを用いてさらに具体的に説明する。

まず、フィルタ上の塵埃を除去するために自動清掃運転を行う指令が空気調和機に具備されたマイコンにより指示されると、起動検出リミットスイッチ４１がＯＮ状態であることを確認する（ステップ１）。

自動清掃運転を行わない状態においては、掃除用刷毛２６７がフィルタ端である待機部２３８に待機しているため、リミットスイッチ４１はＯＮ状態になっている。この後、移動用モータ２４２により掃除用刷毛２６７を起動する。この起動後ｔ秒以内にリミットスイッチ４１の論理が反転したかを確認する（ステップ２）。もし、起動後ｔ秒以内にリミットスイッチ４１の論理が反転していなければ、掃除用刷毛２６７がフィルタに引っ掛るなどの理由により起動できないことになるため、移動用モータ２４２の機械保護を目的に起動を中止し、エラーとしてユーザーに表示する。

ステップ２にて正常に起動したと判定した場合には、掃除用刷毛２６７は低速（ｖ２）移動を行う（ステップ３）。低速移動中は反転検出手段であるリミットスイッチ４２の論理判定（ステップ３１）と、予め定めておいた低速移動通過時間内か否かを判定（ステップ３２）とを行う。

ステップ３２にて低速移動通過時間を経過したと判定した場合には、掃除用刷毛２６７は高速（ｖ３）移動を行う（ステップ４）。このステップ４においても、ステップ３と同様に反転検出手段であるリミットスイッチ４２の論理判定（ステップ４１）と、高速移動通過時間判定（ステップ４２）とを行う。

ステップ４２にて高速移動通過時間を経過したと判定した場合には、掃除用刷毛２６７は低速（ｖ１）移動を行う（ステップ５）。このステップ５においても、ステップ３と同様に、反転検出手段であるリミットスイッチ４２の論理判定（ステップ５１）と、低速移動通過時間判定（ステップ５２）とを行う。

このステップ５において、低速移動通過時間判定（ステップ５２）を通過したと判定した場合でも、反転検出手段であるリミットスイッチ４２の論理が判定しない場合には、起動から反転までの構造上の寸法公差集積を踏まえた合計移動通過時間判定内か否かの判定を行う（ステップ６）。このステップ６において、合計移動通過時間を経過しても反転検出手段であるリミットスイッチ４２の論理が反転しない場合には、掃除用刷毛２６７が移動途中で機械的に故障していると考え、エラーとしてユーザーに表示する。

一方、ステップ１において、リミットスイッチ４１がＯＮ状態でない場合は、自動清掃運転以前にユーザーが手動で故意に掃除用刷毛２６７を移動させたことが考えられる。その場合、掃除用刷毛２６７が往復上のどこに存在しているかを検出できないため、低速で反転検出手段のリミットスイッチ４２を検出するまで移動する（ステップ７）。このステップ７においても、反転検出手段であるリミットスイッチ４２の論理判定（ステップ７１）と、合計低速移動時間内か否かの判定（ステップ７２）とを行う。このステップ７２において、合計低速移動時間を経過しても反転検出手段であるリミットスイッチ４２の論理が反転しない場合には、エラーとしてユーザーに表示する。

以上のステップにて、起動から反転位置まで掃除用刷毛２６７に必要なトルクを与えつつ、移動時間を短縮させることができる。上記はフィルタ上を往復移動する往路の掃除用刷毛２６７の制御を示したが、復路についても同様の制御を行うことで、必要トルクの確保と短時間運転の両立を図ることができる。

本発明の一実施例の空気調和機の室内機における側断面図である。 図１の室内機の内部正面図である。 図１の室内機における清掃機構を示す斜視図である。 図３の清掃機構の構成および動作詳細図である。 図３の清掃機構の移動用モータの回転速度と発生トルクの関係を示す図である。 図３の清掃機構の動作説明図である。 図３の清掃機構の動作フローチャートである。

符号の説明

１…空気調和機室内機、２１…筐体、２３…化粧枠、２５…前面パネル、２９…空気吹出し口、３３…室内熱交換器、３５…露受皿、４２…反転検出リミットスイッチ、４３…制動検出リミットスイッチ、２３０、２３０’…空気吸込み部、２３１、２３１’…フィルタ、２３４…案内枠、２３５、２３５’…レール、２３６…塵埃、２３７…ラック、２３８…待機部、２４２…移動用モータ、２４３…推進軸、２４４…スクリュウ、２４５…軸受、２５１…可動パネル、２６１…キャリッジ、２６２、２６２’…刷毛支持枠、２６７、２６７’…掃除用刷毛、２７１、２７１’…除去ブラシ、２７１ａ…除去ブラシ面、２９０…吹出し風路、２９１…上下風向板、２９５…左右風向板、３１１…送風ファン、３１３…送風モータ、４１…起動検出リミットスイッチ。

Claims (6)

1. 熱交換器と、前記熱交換器の上流に配置されたフィルタと、前記フィルタを通過した空気を前記熱交換器で熱交換するように送風する送風ファンと、前記フィルタと摺接し前記フィルタの塵埃を除去する塵埃除去手段及び移動用モータを用いて前記塵埃除去手段と前記フィルタとの相対的な位置を移動させる移動手段を有する清掃機構とを備えた空気調和機において、
   前記移動用モータに必要なトルクの大きさに対応して前記移動手段の移動速度を複数に変速させる制御手段を具備したことを特徴とする空気調和機。
2. 請求項１において、前記塵埃除去手段は、前記フィルタの上流側の面と摺接し前記フィルタの塵埃を掃き寄せる掃除用刷毛であり、前記掃除用刷毛と摺接して前記掃除用刷毛に付着した塵埃を前記掃除用刷毛から除去するとともにこの塵埃を付着させる除去ブラシと、前記除去ブラシと摺接して前記除去ブラシに付着した塵埃を保持する塵埃戻り防止ブラシとを備えたことを特徴とする空気調和機。
3. 請求項２において、前記掃除用刷毛は前記移動手段によって前記フィルタ上を往復移動され、前記制御手段は、起動時に、前記複数の移動速度のうち往復中間移動時よりも低い速度で前記掃除用刷毛を移動させるように制御することを特徴とする空気調和機。
4. 請求項２において、前記掃除用刷毛は前記移動手段によって前記フィルタ上を往復移動され、前記制御手段は、制動時に、前記複数の移動速度のうち往復中間移動時よりも低い速度で前記掃除用刷毛を移動させるように制御することを特徴とする空気調和機。
5. 請求項２において、前記掃除用刷毛は前記移動手段によって前記フィルタ上を往復移動され、前記制御手段は、前記掃除用刷毛と前記除去ブラシとの摺接時に、前記複数の移動速度のうち往復中間移動時よりも低い速度で前記掃除用刷毛を移動させるように制御することを特徴とする空気調和機。
6. 請求項２において、前記掃除用刷毛は前記移動手段によって前記フィルタ上を往復移動され、前記制御手段は、前記掃除用刷毛の起動時、制動時、及び前記掃除用刷毛と除去ブラシとの摺接時に、前記複数の移動速度のうち往復中間移動時よりも低い速度で移動させるように制御することを特徴とする空気調和機。

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