JP2009287841A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】空気調和機において、空気清浄フィルタ及びその周囲を通る空気の風量分布を均一化して、空気清浄性能、熱交換性能及び快適性を向上すること。
【解決手段】空気調和機の室内機３０は、吸込口６及び吹出口７を設けた筐体５と、室内空気を、吸込口６を通して吸い込み、吹出口７を通して吹き出すように筐体５の内部に設置された貫流ファン４と、貫流ファン４の吸込側に配置され、当該貫流ファン４を囲むように複数段の熱交換ブロック３ａ〜３ｄで形成された室内熱交換器３と、室内熱交換器３の吸込側に配置された平板状の空気清浄フィルタ１とを備える。この空気清浄フィルタ１は、熱交換ブロック３ａの段間の吸込側に形成される隙間に対向して設置され、空気清浄フィルタ１から隙間１０を含む室内熱交換器３を通る空気の平均速度と空気清浄フィルタ１の上下両側から室内熱交換器３を通る速度とが概略均等になる大きさ及び位置で設置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機に係り、特に空気清浄フィルタを有する室内機を備えた家庭用ルームエアコンなどの空気調和機に好適なものである。

従来の一般的な家庭用空気調和機を図７及び図８を用いて説明する（従来技術１）。図７は従来の家庭用空気調和機の室内機の断面図、図８は図７の空気清浄フィルタ付近の拡大説明図である。

この従来技術１の空気調和機の室内機３０は、吸込口６及び吹出口７を設けた筐体５と、室内空気を、吸込口６を通して吸い込み、吹出口７を通して吹き出すように筐体５の内部に設置された貫流ファン４と、貫流ファン４の吸込側に配置され、当該貫流ファン４を囲むように複数段の熱交換ブロック３ａ〜３ｄで形成された室内熱交換器３と、室内熱交換器３の吸込側に配置された平板状の空気清浄フィルタ１と、室内熱交換器３及び空気清浄フィルタ１の吸込側に配置されたプレフィルタ２とを備える。なお、プレフィルタ２は、空気清浄フィルタ１よりも通風抵抗が小さく設定されている。

貫流ファン４の回転により吸込口６から室内空気が矢印６ａのように吸い込まれ、空気６ａ中の粗い塵がプレフィルタ２により取り除かれる。プレフィルタ２を通過した空気の一部は、さらに空気清浄フィルタ１を通過することで、除塵や脱臭、除菌が行われる。その後、これらの空気は、多段に形成された室内熱交換器３において、冷媒との熱交換により任意の温度あるいは湿度に調節され、吹出口７より矢印７ａのように吹き出される。

省エネルギー化と小型化を両立させるためには、小型の筐体５の中で室内熱交換器３を可能な限り大きくする必要がある。そこで、従来技術１では、室内熱交換器１を多段の熱交換ブロック３ａ〜３ｄで形成し、空気清浄フィルタ１を１つの熱交換ブロック３ｂの間際に設置することで限られた空間を有効に利用している。ここで、多段の熱交換ブロック３ａ〜３ｄを直線状態から折り曲げて製作することにより、熱交換ブロック３ａと熱交換ブロック３ｂとの間及び熱交換ブロック３ｂと熱交換ブロック３ｃとの間には隙間１０が形成される。

また、従来の空気調和機として、特開２０００−２０５６４３号公報（特許文献１）の図２に示されたものがある（従来技術２）。この従来技術２の空気調和機は、吸込口及び吹出口を設けた筐体と、室内空気を前記吸込口を通して吸い込み前記吹出口を通して吹き出すように筐体の内部に設置された貫流ファンと、この貫流ファンの吸込側に配置され、当該貫流ファンを囲むように複数段の熱交換ブロックで形成された室内熱交換器と、この室内熱交換器の吸込側に配置された円弧状の高圧損フィルタと、を備えている。この従来技術２の空気調和機では、上下方向の長さが一定長さ大きさの高圧損フィルタの下方の吸込口寸法Ｃを、吸込口の全長寸法Ｌの５％以上として風量低下を抑えるようにしている。

特開２０００−２０５６４３号公報

係る従来技術１の空気調和機の室内機では、図８に矢印の太さ及び長さで模式的に示すように、フィルタ下流領域Ａの風量は空気清浄フィルタ１の通風抵抗により最も少なく、空気清浄フィルタ１の周囲の隙間１０を含む領域Ｂ、Ｃの風量は最も多く、その周囲の領域Ｄ、Ｅの風量はこれらの中間の風量となり、室内熱交換器３を通過する空気の風量に偏りが生じていた。

このように風量分布が悪化することで、室内熱交換器３全体を有効に利用できないために熱交換量が低下すると共に、空気清浄フィルタ１の空気清浄性能が低いものとなっていた。特に、冷房運転時には、風量分布が偏ることで、室内熱交換器３の蒸発温度が領域Ｂ、Ｃで部分的に上昇し、その領域Ｂ、Ｃを通ることで水分を奪われずに通過した湿り空気が風路壁面で結露し、吹出口より露が飛散することで快適性も損ねてしまうおそれがあった。

また、従来技術２の空気調和機では、高圧損のフィルタの下方の開口面積を配慮して風量増大を図るものであり、風量分布の均一化について十分に考慮されたものではなかった。

本発明の目的は、空気清浄フィルタ及びその周囲を通る空気の風量分布を均一化して、空気清浄性能、熱交換性能及び快適性を向上できる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の本発明の第１の態様では、吸込口及び吹出口を設けた筐体と、室内空気を前記吸込口を通して吸い込み前記吹出口を通して吹き出すように前記筐体の内部に設置された貫流ファンと、前記貫流ファンの吸込側に配置され、当該貫流ファンを囲むように複数段の熱交換ブロックで形成された室内熱交換器と、前記室内熱交換器の吸込側に配置された平板状の空気清浄フィルタと、を備えた空気調和機において、前記空気清浄フィルタは、前記熱交換ブロックの段間の吸込側に形成される隙間に対向して設置されると共に、当該空気清浄フィルタから前記隙間を含む前記室内熱交換器を通る空気の平均速度と前記空気清浄フィルタの上下両側から前記室内熱交換器を通る速度とが概略均等になる大きさ及び位置で設置されている構成としたことにある。

係る本発明の第１の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）前記空気清浄フィルタの上端と前記貫流ファンの中心とを結んだ線分と、前記空気清浄フィルタの下端と前記貫流ファンの中心とを結んだ線分と、で形成される領域に前記隙間が位置されるように前記空気清浄フィルタが配置されていること。
（２）前記空気清浄フィルタの高さをＷとし、前記隙間の開口高さをｄとし、前記空気清浄フィルタと前記室内熱交換器との最短の距離をＬとした場合に、０．２５（Ｗ−ｄ）≦Ｌ≦０．５（Ｗ−ｄ）を満足するように前記空気清浄フィルタが設置されていること。
（３）前記空気清浄フィルタがＷ＝４Ｌ＋ｄを満足するように設けられていること。
（４）前記空気清浄フィルタは花粉などを捕集する不織布フィルタで構成されていること。

また、本発明の第２の態様では、吸込口及び吹出口を設けた筐体と、室内空気を前記吸込口を通して吸い込み前記吹出口を通して吹き出すように前記筐体の内部に設置された貫流ファンと、前記貫流ファンの吸込側に配置され、複数段の熱交換ブロックで当該貫流ファンを囲むように形成された室内熱交換器と、室内熱交換器の吸込側に配置された平板状の空気清浄フィルタと、を備えた空気調和機において、前記空気清浄フィルタは、前記熱交換ブロックの段間の吸込側に形成される隙間を覆うと共に、前記空気清浄フィルタの高さをＷとし、前記隙間の開口高さをｄとし、前記空気清浄フィルタと前記室内熱交換器との最短の距離をＬとした場合に、０．２５（Ｗ−ｄ）≦Ｌ≦０．５（Ｗ−ｄ）を満足するように設置されている構成としたことにある。

かかる本発明の空気調和機によれば、空気清浄フィルタ及びその周囲を通る空気の風量分布を均一化して、空気清浄性能、熱交換性能及び快適性を向上できる。

以下、本発明の複数の実施形態について図を用いて説明する。各実施形態及び従来技術１の図における同一符号は同一物または相当物を示す。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態の空気調和機を図１から図５を用いて説明する。

まず、本実施形態の電動圧縮機の全体に関して図１を参照しながら説明する。図１は本発明の第１実施形態の空気調和機の室内機の運転時における縦断面図である。

本実施形態の空気調和機は、室内機３０と室外ユニットとを冷媒配管、電気配線で連結して構成された家庭用ルームエアコンであり、冷房運転、暖房運転、除湿運転、空気清浄単独運転、送風単独運転などが可能である。

室内機３０は、筐体５と、貫流ファン４と、室内熱交換器３と、空気清浄フィルタ１と、プレフィルタ２とを備えて構成されている。

筐体５は、貫流ファン４、室内熱交換器３、空気清浄フィルタ１及びプレフィルタ２を内部に収納し、吸込口６及び吹出口７が上下に設けられている。吸込口６は前面吸込口及び上面吸込口からなっている。前面の吸込口６は、下端を軸心として回動可能な化粧カバー１１により開閉可能となっている。化粧カバー１１は、運転時に前面吸込口６を開き、運転停止時に前面吸込口６を閉じるように動作される。

貫流ファン４は、室内空気を、吸込口６を通して矢印６ａに示すように吸い込み、吹出口７を通して矢印７ａに示すように吹き出すように、筐体５の内部の中央部に設置されている。

室内熱交換器３は、図示しない圧縮機、室外熱交換器、減圧装置等と共に冷凍サイクルを構成するものであり、貫流ファン４の吸込側に配置されている。この室内熱交換器３は、貫流ファン４を囲むように複数段の熱交換ブロック３ａ〜３ｅで形成されている。また、室内熱交換器３は、主熱交換ブロック３ａ_１〜３ｄ_１、３ｅと、補助熱交換ブロック３ａ_２〜３ｄ_２とから構成されている。そして、熱交換ブロック３ａは主熱交換ブロック３ａ_１と補助熱交換ブロック３ａ_２とから構成され、熱交換ブロック３ｂは主熱交換ブロック３ｂ_１と補助熱交換ブロック３ｂ_２とから構成され、熱交換ブロック３ｃは主熱交換ブロック３ｃ_１と補助熱交換ブロック３ｃ_２とから構成され、熱交換ブロック３ｄは主熱交換ブロック３ｄ_１と補助熱交換ブロック３ｄ_２とから構成されている。

主熱交換ブロック３ａ_１〜３ｄ_１、３ｅは、切り込みを利用して多段に折り曲げ成形されており、これによって各段の熱交換ブロックの間の吸込側に隙間が生ずる。また、各段の補助熱交換ブロックの間にも隙間が生ずる。特に、熱交換ブロック３ｂと熱交換ブロック３ｃとの間の隙間１０は、主熱交換ブロック３ｂ_１、３ｃ_１間の隙間と補助熱交換ブロック３ｂ_２、３ｃ_２間の隙間とが繋がって構成されている。これによって、室内熱交換器３における流通抵抗はこの隙間１０を通る部分が最も小さくなる。

空気清浄フィルタ１は花粉などを捕集する平板状の不織布フィルタで構成され、貫流ファン４及び室内熱交換器３の吸込側に配置されている。なお、空気清浄フィルタ１は、集塵機能と共に、脱臭、除菌性能も有する。

この空気清浄フィルタ１は、熱交換ブロック３ａの段間の吸込側に形成される隙間に対向して設置されている。具体的には、空気清浄フィルタ１の上端と貫流ファン４の中心とを結んだ線分と、空気清浄フィルタ１の下端と貫流ファン４の中心とを結んだ線分と、で形成される領域に隙間が位置するように空気清浄フィルタ１が配置されている。そして、空気清浄フィルタ１は、空気清浄フィルタ１から隙間１０を含む室内熱交換器３を通る空気の平均速度と空気清浄フィルタ１の上下両側から室内熱交換器３を通る速度とが概略均等になる大きさ及び位置で設置されている。

プレフィルタ２は、室内熱交換器３及び空気清浄フィルタ１の吸込側に配置され、吸込口６の裏側の全面にわたって設けられている。このプレフィルタ２は、目の粗い網目フィルタで構成され、空気清浄フィルタ１よりも通風抵抗が小さい。

空気調和機が運転されると、貫流ファン４の回転により、室内空気は、室内機３０の吸込口６から吸い込まれ、プレフィルタ２で粗い塵が取り除かれる。プレフィルタ２を通過した空気は、その一部の空気がさらに空気清浄フィルタ１を通過することで除塵や脱臭、除菌が行われた後に室内熱交換器３に流入されると共に、残りの空気が空気清浄フィルタ１を通過することなく直接室内熱交換器３に流入される。室内熱交換器３において、冷媒との熱交換により任意の温度あるいは湿度に調節され、貫流ファン４を通って吹出口７より室内へ吹き出される。室内空気は、室内機３０の空気清浄フィルタ１を通して室内を循環されることで除塵や脱臭、除菌が行われる。

このとき、通風抵抗の大きい空気清浄フィルタ１と、通風抵抗の小さい隙間１０は貫流ファン４から見て同一風路上にあり、空気清浄フィルタ１の大きさ及び隙間１０との位置を最適に設定することにより風量分布を改善できる。

図２から図５を参照しながら、空気清浄フィルタ１、隙間１０を含む室内熱交換器３及び貫流ファン４の関係について具体的に説明する。

図２は本実施形態の室内機における空気清浄フィルタ、室内熱交換器及び貫流ファンの関係を示す図、図３は図２の関係を簡略化したモデル図である。図２に示すように、空気清浄フィルタ１の幅（上下方向の寸法）をＷとし、熱交換器３の曲げ部にある隙間１０の開口高さをｄとし、室内熱交換器３と空気清浄フィルタ１との間の最小距離をＬとした場合、風量分布が改善できる関係を検討した。なお、図３では空気清浄フィルタ１として幅Ｗの平らで空気清浄フィルタ１と同じ通風抵抗のある透過板２１を用い、また、室内熱交換器３として管群やフィンの切り起こしなどを簡略化した室内熱交換器３と同じ通風抵抗のある透過板２３を用い、隙間１０として透過板２３に開口高さｄの切欠部２２を形成した。

風速分布の改善効果を評価するため、透過板２１から離れた透過板２３における平均速度をＶａとし、切欠部２２の開口高さｄのある透過板２３における平均速度Ｖｄとし、その周囲の透過板２３における平均速度をＶｗと定義し、透過板２１と透過板２３との距離Ｌと、透過板２１の幅Ｗとの関係を調べた。

風速分布の改善効果が最大となる条件は、平均速度Ｖｗと平均速度Ｖｄとの平均速度が周囲速度Ｖａと同等をとる範囲である。換言すれば、空気清浄フィルタ１を模擬した透過板２１による風量低下が最も小さく、切欠部２２への空気の偏流量が最小となる範囲となる。

これを満たす関係式として、上記モデルによる２次元の流体解析の結果、次の式（１）を得た。
０．２５（Ｗ−ｄ）≦Ｌ≦０．５（Ｗ−ｄ）……（１）
図４は図３の透過板２１の幅Ｗが切欠部２２の開口高さｄの９倍の場合における平均速度Ｖｄの距離Ｌによる変化を示したグラフである。このグラフより明らかなように、距離Ｌが短いほど平均速度Ｖｄは減少しているが、距離Ｌが切欠部２２の開口高さｄの２倍〜４倍の範囲では値の変化は少なく、グラフはなだらかになっている。

図５は図３の透過板２１の幅Ｗが切欠部２２の開口高さｄの９倍の場合における平均速度Ｖｗの距離Ｌによる変化を示したグラフである。このグラフより明らかなように、距離Ｌが切欠部２２の開口高さｄの２倍以上で平均速度Ｖｗがなだらかになり、２倍より短いと透過板２１による風量の減少が急激に大きくなる。

したがって、図４及び図５のグラフより、条件を満たす範囲は、切欠部２２の開口高さｄの２倍〜４倍の範囲となり、式（１）を満たしている。例えば、図２において、室内熱交換器３の隙間１０の幅が５ｍｍで、空気清浄フィルタ１の幅が６０ｍｍであれば、空気清浄フィルタ１と熱交換器３の最短の距離Ｌを１３．７５ｍｍ〜２７．５ｍｍの間にすることで、隙間１０における風量分布の偏りが軽減され、室内熱交換器３の全体に均一に空気が流れ、空気清浄性能、熱交換性能及び快適性を向上できる。

ここで、空気清浄フィルタの幅Ｗが次の式（２）を満たすようにすることで、風量分布の偏りが軽減される最小の距離で空気清浄フィルタを設置することが出来るため、室内機３０の無駄な空間が最小限となり、熱交換器全体に均一に空気が流れ、熱交換性能や快適性が向上することができる。
Ｗ＝４Ｌ＋ｄ…式（２）
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図６を用いて説明する。図６は本発明の第２実施形態の空気調和機の室内機の縦断面図である。この第２実施形態は、次に述べる点で第１実施形態と相違するものであり、その他の点については第１実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。

この第２実施形態では、空気清浄フィルタ１が上部空気清浄フィルタ１ａと下部空気清浄フィルタ１ｂとで構成されている。なお、上部空気清浄フィルタ１ａと下部空気清浄フィルタ１ｂとは必ずしも、同じ除塵性能を持つ必要はなく、異なる目的を持ったフィルタとすることが出来る。

上部空気清浄フィルタ１ａはプレフィルタ２に沿って設置されている。これによって、上部空気清浄フィルタ１ａを容易に設置できる。下部空気清浄フィルタ１ｂは、補助熱交換ブロック３ａ２と補助熱交換ブロック３ｂ２との間の隙間１０ｂに対向して設置されている。上部空気清浄フィルタ１ａは隙間１０ａ（第１実施形態の隙間１０と同じ）と貫流ファン４の中心から見て同一風路上にあり、下部空気清浄フィルタ１ｂは隙間１０ｂと貫流ファン４の中心から見て同一風路上にある。それぞれで、隙間１０ａ、１０ｂにおける通風抵抗よりも空気清浄フィルタ４の通風抵抗のほうが大きい。空気清浄フィルタ１ａ、１ｂのそれぞれの上端と貫流ファン４の中心とを結んだ線分と、それぞれの下端と貫流ファン４の中心とを結んだ線分と、で形成される領域に、切欠部１０ａ、１０ｂがそれぞれ配置されようになっている。

これら空気清浄フィルタ１ａ、１ｂの幅と隙間１０、１０ｂの幅に対して、第１実施形態の式（１）を満たすよう、空気清浄フィルタ１ａ、１ｂの幅と熱交換器３との距離を決めることにより、各切欠部１０ａ、１０ｂで風量分布を改善できる。このとき、熱交換器３の切欠部１０ａの幅が６ｍｍ、切欠部１０ｂの幅が４ｍｍで、上部空気清浄フィルタ１ａの幅が６０ｍｍ、下部空気清浄フィルタ１ｂの幅が４０ｍｍであれば、上部空気清浄フィルタ１ａと熱交換器３の最短の距離Ｌは１３．５ｍｍ〜２７．０ｍｍの間で、下部空気清浄フィルタ１ｂと熱交換器３の最短の距離Ｌは９．０ｍｍ〜１８．０ｍｍの間にすることで、切欠部１０における風量分布の偏りが軽減され、熱交換器全体に均一に空気が流れ、熱交換性能や快適性が向上する。

本発明の第１実施形態の空気調和機の室内機の運転時における縦断面図である。 第１実施形態の室内機における空気清浄フィルタ、室内熱交換器及び貫流ファンの関係を示す図である。 図２の関係を簡略化したモデル図である。 図３の透過板の幅Ｗが切欠部の開口高さの９倍の場合における平均速度Ｖｄの距離による変化を示したグラフである。 図３の透過板の幅切欠部の開口高さの９倍の場合における平均速度Ｖｗの距離Ｌによる変化を示したグラフである。 本発明の第２実施形態の空気調和機の室内機の縦断面図である。 従来の家庭用空気調和機の室内機の断面図である。 図７の空気清浄フィルタ付近の拡大説明図である。

符号の説明

１…空気清浄フィルタ、１ａ…上部空気清浄フィルタ、１ｂ…下部空気清浄フィルタ、２…プレフィルタ、３…室内熱交換器、４…貫流ファン、５…筐体、６…空気吸込口、７…吹出口、１０…隙間、１０ａ…上部隙間、１０ｂ…下部隙間、１１…化粧カバー、２１…透過板、２２…切欠部、２３…透過板、３０…室内機。

Claims (6)

1. 吸込口及び吹出口を設けた筐体と、
   室内空気を前記吸込口を通して吸い込み前記吹出口を通して吹き出すように前記筐体の内部に設置された貫流ファンと、
   前記貫流ファンの吸込側に配置され、当該貫流ファンを囲むように複数段の熱交換ブロックで形成された室内熱交換器と、
   前記室内熱交換器の吸込側に配置された平板状の空気清浄フィルタと、を備えた空気調和機において、
   前記空気清浄フィルタは、前記熱交換ブロックの段間の吸込側に形成される隙間に対向して設置されると共に、当該空気清浄フィルタから前記隙間を含む前記室内熱交換器を通る空気の平均速度と前記空気清浄フィルタの上下両側から前記室内熱交換器を通る速度とが概略均等になる大きさ及び位置で設置されている
   ことを特徴とする空気調和機。
2. 請求項１において、前記空気清浄フィルタの上端と前記貫流ファンの中心とを結んだ線分と、前記空気清浄フィルタの下端と前記貫流ファンの中心とを結んだ線分と、で形成される領域に前記隙間が位置されるように前記空気清浄フィルタが配置されていることを特徴とする空気調和機。
3. 請求項２において、前記空気清浄フィルタの高さをＷとし、前記隙間の開口高さをｄとし、前記空気清浄フィルタと前記室内熱交換器との最短の距離をＬとした場合に、０．２５（Ｗ−ｄ）≦Ｌ≦０．５（Ｗ−ｄ）を満足するように前記空気清浄フィルタが設置されていることを特徴とする空気調和機。
4. 請求項３において、前記空気清浄フィルタがＷ＝４Ｌ＋ｄを満足するように設けられていることを特徴とする空気調和機
5. 請求項１から４の何れかにおいて、前記空気清浄フィルタは花粉などを捕集する不織布フィルタで構成されていることを特徴とする空気調和機。
6. 吸込口及び吹出口を設けた筐体と、
   室内空気を前記吸込口を通して吸い込み前記吹出口を通して吹き出すように前記筐体の内部に設置された貫流ファンと、
   前記貫流ファンの吸込側に配置され、複数段の熱交換ブロックで当該貫流ファンを囲むように形成された室内熱交換器と、
   室内熱交換器の吸込側に配置された平板状の空気清浄フィルタと、を備えた空気調和機において、
   前記空気清浄フィルタは、前記熱交換ブロックの段間の吸込側に形成される隙間を覆うと共に、前記空気清浄フィルタの高さをＷとし、前記隙間の開口高さをｄとし、前記空気清浄フィルタと前記室内熱交換器との最短の距離をＬとした場合に、０．２５（Ｗ−ｄ）≦Ｌ≦０．５（Ｗ−ｄ）を満足するように設置されている
   ことを特徴とする空気調和機。

Images