JP2010185591A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】空調空間内の状態を認識するセンサユニットに、超音波の指向性を向上させるためのホーンを設け、このホーンに人の指等の浸入を防止する複数のリブを設けることにより、超音波センサの損傷を防止するようにした空気調和機を提供すること。
【解決手段】室内機の吹出口に、空調空間内の状態を認識するためのセンサユニットとを設け、センサユニットが認識した空調空間の状態に応じて風向変更羽根を制御して空調運転を行うようにした。また、センサユニットが略円錐状のホーン４４を有するセンサ部を備え、ホーン４４が、超音波センサが取り付けられるのど部５４と、のど部５４より大径の開口部５６と、のど部５４の近傍に設けられホーン４４の軸方向中心線に向かって突出し軸方向に延びる複数のリブ５８とを有する構成にした。
【選択図】図７

Description

本発明は、室内機に空調空間内の状態を認識するためのセンサユニットを設け、センサユニットが認識した空調空間の状態に応じて風向変更羽根を制御して空調運転を行うようにした空気調和機に関する。

従来の空気調和機は、本体に設けた測距部で空気調和機本体と部屋の壁や障害物との距離を把握したり、画像センサを用いて部屋の様子を撮影し認識することにより、部屋の状況に応じて風向変更ベーンを制御して最適送風を行うようにしている（例えば、特許文献１参照）。

また、障害物を検知する手段として超音波センサを使用し、センサの前面側にホーンを設けることで、センサの指向性や感度の向上を図るようにしたものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。

さらに、効率よく超音波を送受信する目的で、超音波センサのケースの開口部に、超音波を透過させる環状領域と超音波を透過させない環状領域からなるパターンが形成されたプレートを設けている。このプレートは、音源から超音波が入射すると、プレートで超音波に干渉を引き起こさせることで、超音波の音圧を増大させることができる。

特許第４１０６８５７号公報 特許第３５２０５９１号公報 特開２００４−３２４９９号公報

特許文献２に記載の超音波センサは、例えば自動車等への搭載に適したもので、限られたスペースでホーンと一体化したセンサを上下左右に広範囲に回動させることが難しく、空気調和機への搭載が容易ではないという問題がある。また、人の指等がホーンに浸入すると、超音波センサの一部が損傷する虞もある。

特許文献３に記載の超音波センサは、超音波の音圧を増大させるために設けられたプレートが超音波センサの前方に配置されているため、人の指等の浸入を防止できる構成ではあるが、プレートに強い力が加わると、プレートが破損する虞がある。

本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、空調空間内の状態を認識するセンサユニットに、超音波の指向性を向上させるためのホーンを設け、このホーンに人の指等の浸入を防止する複数のリブを設けることにより、超音波センサの損傷を防止するようにした空気調和機を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は、室内機に、空気を吸い込む吸入口と、吸入口から吸い込まれた空気を熱交換する熱交換器と、熱交換器で熱交換された空気を吹き出すための吹出口と、吹出口に設けられ吹き出される空気の向きを変更する風向変更羽根と、吹出口に設けられ空調空間内の状態を認識するためのセンサユニットとを備え、センサユニットが認識した空調空間の状態に応じて風向変更羽根を制御して空調運転を行うようにしている。また、センサユニットが略円錐状のホーンを有するセンサ部を備え、ホーンが、超音波センサが取り付けられるのど部と、のど部より大径の開口部と、のど部の近傍に設けられホーンの軸方向中心線に向かって突出し軸方向に延びる複数のリブとを有する構成である。

本発明によれば、センサユニットのセンサ部に設けられたホーンが、超音波センサが取り付けられるのど部と、のど部より大径の開口部と、のど部の近傍に設けられホーンの軸方向中心線に向かって突出し軸方向に延びる複数のリブを備えているので、これら複数のリブにより外部からの侵入物による超音波センサの損傷を防止することができる。

第１の発明は、センサユニットが略円錐状のホーンを有するセンサ部を備え、ホーンが、超音波センサが取り付けられるのど部と、のど部より大径の開口部と、のど部の近傍に設けられホーンの軸方向中心線に向かって突出し軸方向に延びる複数のリブとを有することにより、外部からの侵入物による超音波センサの損傷を防止することができる。

第２の発明は、複数のリブを、ホーンの真上を除いた部位に等間隔に配置したことにより、超音波センサから発信された超音波が、リブと、超音波センサの近傍に位置する前面パネルの下端部での乱反射を極力低減することができ、乱反射により虚像を障害物と誤検知する可能性を低減することができる。

第３の発明は、超音波センサの前方にネット状部材を配置することにより、針金等の人の指より細い物の浸入を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
一般家庭で使用される空気調和機は、通常冷媒配管で互いに接続された室外機と室内機とで構成されており、図１乃至図３は、本発明に係る空気調和機の室内機を示している。

室内機は、本体２と、本体２の前面吸入口２ａを開閉自在の可動前面パネル（以下、単に前面パネルという）４を有しており、空気調和機停止時は、前面パネル４は本体２に密着して前面吸入口２ａを閉じているのに対し、空気調和機運転時は、前面パネル４は本体２から離反する方向に移動して前面吸入口２ａを開放する。なお、図１及び図２は前面パネル４が前面吸入口２ａを閉じた状態を示しており、図３は前面パネル４が前面吸入口２ａを開放した状態を示している。

図１乃至図３に示されるように、本体２の内部には、熱交換器６と、熱交換器６の下流側に設けられ前面吸入口２ａ及び上面吸入口２ｂから取り入れられた室内空気を熱交換器６で熱交換して室内に吹き出すための室内ファン８と、熱交換した空気を室内に吹き出す吹出口１０を開閉するとともに空気の吹き出し方向を上下に変更する上下風向変更羽根１２と、空気の吹き出し方向を左右に変更する左右風向変更羽根１４とを備えており、前面吸入口２ａ及び上面吸入口２ｂと熱交換器６との間には、前面吸入口２ａ及び上面吸入口２ｂから取り入れられた室内空気に含まれる塵埃を除去するためのフィルタ１６が設けられている。

また、室内ファン８の下流側には吹出グリル１８が設けられており、この吹出グリル１８により室内ファン８の下流側の送風通路２０と吹出口１０が形成されている。

前面パネル４上部は、その両端部に設けられた２本のアーム２２，２４を介して本体２上部に連結されており、アーム２２に連結された駆動モータ（図示せず）を駆動制御することで、空気調和機運転時、前面パネル４は空気調和機停止時の位置（前面吸入口２ａの閉塞位置）から前方斜め上方に向かって移動する。

上下風向変更羽根１２は、本体２下部に揺動自在に取り付けられ、駆動モータ（例えば、ステッピングモータ）に連結されて、室内機に内蔵された制御装置（図示せず）により角度制御される。

一方、左右風向変更羽根１４は、本体２の下部に揺動自在に取り付けられた複数枚の羽根で構成され、駆動モータ（例えば、ステッピングモータ）に連結されて、室内機に内蔵された制御装置により角度制御される。

また、本体２の片側（正面から見て左側）の下部における前面パネル４と上下風向変更羽根１２の背面側には、空調する部屋の壁や床までの距離あるいは障害物の有無を検知して空調空間内の状態を認識する空調空間認識装置３０が設けられており、この空調空間認識装置３０について図４及び図５を参照しながら説明する。なお、本明細書で使用する「障害物」という用語は、室内機の吹出口１０から吹き出され居住者に快適空間を提供するための空気の流れを妨げる物全般を指しており、例えばテーブルやソファー等の家具、テレビ、オーディオ等の居住者以外の物を総称したものである。

また、図１においては、空調空間認識装置３０は本体２の左側に設けられているが、本体２の右側に設けることもできる。

空調空間認識装置３０は、センサ部３２と、センサ部３２を上下方向に回動させる上下駆動モータ３４と、センサ部３２と上下駆動モータ３４とを長手方向に配列して収納する縦長の筒状のセンサケーシング３６と、センサケーシング３６を左右方向に回動させる左右駆動モータ３８とを有するセンサユニットとして構成されている。また、センサ部３２は、超音波センサ４０と、超音波センサ４０を回転自在に支承する球状の支持体４２と、超音波センサ４０の音波出口方向に位置する支持体４２に一体的に形成されたホーン４４とで構成されている。ホーン４４は、超音波センサ４０が発信した超音波の感度を向上させるとともに指向性を強くして空調空間認識精度を向上させるためのものである。

また、支持体４２は上下回転用回転軸４６を有し、センサケーシング３６は、上下回転用回転軸４６と直交する方向に延びる左右回転用回転軸４８を有しており、上下回転用回転軸４６はセンサケーシング３６に回動自在に取り付けられ、左右回転用回転軸４８は、左右駆動モータ３８が取り付けられたハウジング５０に回動自在に取り付けられている。さらに、支持体４２は、ギヤ等の駆動力伝達手段５２を介して上下駆動モータ３４に連結されて上下方向に回動するように駆動され、センサケーシング３６は、左右駆動モータ３８に連結されて左右方向に回動するように駆動される。

なお、空調空間認識装置３０は、金属板と、金属板の片側に貼着されたセラミック振動素子と、金属板の反対側に固着された超音波送受信用のコーンとで構成されており、空気調和機の運転時、空調空間認識装置３０は外部に露出するため、ホーン４４に人の指等が浸入すると、コーン等が破壊される虞がある。そこで、コーン等の破壊を防止するため、あるいは、金属板と指先間の絶縁距離確保のため、ホーン４４には、外部からの侵入物を防止するための複数のリブが設けられている。

さらに、図６及び図７を参照して詳述すると、ホーン４４は、超音波センサ４０が取り付けられる小径ののど部５４と、のど部５４より大径の開口部５６とを有し、のど部５４から開口部５６まで徐々に拡開する略円錐状を呈している。また、のど部５４の近傍には、ホーン４４の軸方向中心線に向かって突出し軸方向に延びる薄板状の複数のリブ５８が等間隔で一体的に形成されており、各リブ５８の内縁はホーン４４の軸方向中心線と略平行に延在している。

なお、上述したように、ホーン４４は超音波の感度を向上させ指向性を強めることであるが、リブ５８のある方向は指向性が弱まる傾向がある。本発明に係る空気調和機の場合、空調空間認識装置３０の上方近傍には前面パネル４の下端部が配置されており、超音波センサ４０から発信された超音波が、リブ５８と前面パネル４の下端部で乱反射し、乱反射により虚像を障害物と誤検知する可能性がある。

そこで、リブ５８は真上を除いた位置に設けるのが好ましく、二つのリブ５８を設けた構成では、リブ５８は水平に配置され、三つのリブ５８を設けた構成では、二つのリブ５８が斜め上方に配置されるとともに他の一つが真下に配置され、四つのリブ５８を設けた構成では、図６に示されるように配置される。

なお、リブ５８の数は２〜４に限定されるわけではなく、五つ以上設けることもできる。

また、超音波センサ４０の前方にネット状部材（図示せず）を配置すると、人の指より細い物の浸入を防止することができるので、さらに好ましい。ただし、ネット状部材は、粒子速度の節位置に配置する必要があり、節位置に配置しないと、超音波センサ４０より発信された超音波の減衰が大きくなる。なお、粒子速度の節位置とは、超音波の波長をλとすると、コーンから（２ｎ−１）／４×λの距離の近傍に相当する位置である。

空調空間認識装置３０は上述した構成を採用したことで、小型化が可能となり、かつ、上下方向及び左右方向ともに広い回動範囲を有している。

また、空調空間認識装置３０は、図２あるいは図３に示されるように、左右回転用回転軸４８が前方に向かって上向きに傾斜するように本体２に固定されており、センサ部３２は斜め下方に向くように配設される。このような配置を採用することで、空気調和機の直下近傍の視野を確保することができ、上下方向においては、略水平方向から直下近傍まで広範囲にわたる検知視野を確保することができる。

前面パネル４のアーム２２を駆動する駆動モータ、上下風向変更羽根１２を駆動する上下駆動モータ３４、左右風向変更羽根１４を駆動する左右駆動モータ３８、空調空間認識装置３０の上下駆動モータ３４及び左右駆動モータ３８等は、室内機に設けられた制御部（図示せず）に電気的に接続されており、これらの駆動手段が制御部により制御されることで、前面パネル４、上下風向変更羽根１２、左右風向変更羽根１４、空調空間認識装置３０等の動作が制御される。

また、空調空間認識装置３０で検知した信号も制御部で処理されて空気調和機の運転制御が行われる。

次に、図２乃至図５を参照しながら本発明に係る空気調和機の動作を説明する。
図２は、空気調和機の停止状態を示しており、前面吸入口２ａ及び吹出口１０は、前面パネル４及び上下風向変更羽根１２によりそれぞれ閉塞されている。

リモコン（遠隔操作装置、図示せず）を使用して空気調和機の運転を開始すると、図３に示されるように、駆動モータによりアーム２２が駆動され、前面パネル４は、前面吸入口２ａから前方に離間動作して任意の位置で停止する。同時に、上下風向変更羽根１２が別の駆動モータにより駆動され、回動して任意の位置で停止し、空調空間認識装置３０のセンサ部３２が本体２から露出する。この状態で、空調空間認識装置３０は空調空間である部屋の壁や床までの距離や、障害物の有無を検知して空調空間を認識する。

対象物までの距離の検知は、超音波センサ４０から発信された超音波が対象物に当たると、反射して、この反射波を超音波センサ４０で受信することにより行われる。この送信から受信までの時間をｔ、音速をＣとすると、超音波センサ４０から対象物までの距離ＤはＤ＝Ｃｔ／２で表される。

なお、図４及び図５は、超音波送信部と受信部が一体型の超音波センサ４０を示しているが、超音波送信部と受信部が別体の場合も、原理的あるいは機能的にはなんの変わりもなく、本実施の形態においても採用できる。

また、空調空間の認識は、上下駆動モータ３４によりセンサ部３２を上下方向に所定の角度間隔で回転させるとともに、左右駆動モータ３８によりセンサ部３２を収容したセンサケーシング３６を左右方向に所定の角度間隔で回転させながら、各角度において超音波を発信及び受信し、その信号を記録、処理することにより行われる。

その１例を挙げると、空調空間に、センサ部３２の上下方向の角度及び左右方向の角度で決定されるアドレスを設定し、超音波センサ４０が各アドレスを計測して居住空間を走査することで、空調空間の認識が行われる。上下方向の角度範囲は、例えば５度〜８０度に設定され、左右方向の角度は、例えば１０度〜１７０度に設定される。

このようにして空調空間を認識した後、空調空間の大きさに応じた能力で空調運転は行われる。また、障害物を認識した場合は、左右風向変更羽根１４あるいは上下風向変更羽根１２により吹出口１０から吹き出される風の方向を制御したり、室内ファン８により風速を制御して障害物を回避した空調運転を行うことで、効率の良い運転を行うことができるとともに省エネを達成している。

なお、空調空間認識装置３０による空調空間の認識動作は、空気調和機の運転開始時に行うことができる。あるいは、空調空間の状態は時間の経過に伴って大きく変化するものではないことから、空調空間の認識動作は、空調運転の終了後や、一定周期毎に行うようにしてもよい。

上述した実施の形態においては、空調空間認識装置３０を前面パネル４と上下風向変更羽根１２との背面側に配設し、空気調和機の運転停止時にセンサ部３２を前面パネル４と上下風向変更羽根１２で覆い隠すようにしている。この構成により、空気調和機の運転停止時に超音波センサ４０は塵埃やタバコの煙などの影響を受けにくくなり、認識性能の低下を抑制することができる。

しかしながら、図８に示されるように、前面パネル４の上下方向の長さを短くする一方、上下風向変更羽根１２の上下方向の長さを長くして、空調空間認識装置３０の全てを上下風向変更羽根１２の背面側に配置することもできる。

すなわち、図２の構成においては、空調空間認識装置３０の一部を上下風向変更羽根１２の背面側に配置し、残りの部分を前面パネル４の背面側に配置したが、図８の構成においては、空調空間認識装置３０の全てが上下風向変更羽根１２の背面側に配置されて本体２に固定されており、空気調和機の運転停止時には空調空間認識装置３０を上下風向変更羽根１２のみで覆い隠すようにしている。この構成は、前面パネル４が固定式の空気調和機において特に有効で、空調空間認識装置３０を上下風向変更羽根１２の背面側に配置することで、空調空間認識装置３０の認識性能の低下を抑制することができる。

また、図８の構成においても、図２の構成と同様、空調空間認識装置３０は、左右回転用回転軸４８が前方に向かって上向きに傾斜するように本体２に固定されており、センサ部３２は斜め下方に向くように配設されている。したがって、空気調和機の直下近傍の視野を確保することができ、一つの超音波センサ４０を使用して、略水平方向から直下近傍まで広範囲にわたる検知視野を確保することができる。

なお、本実施の形態においては、空調空間認識装置３０として、空調空間内の壁や床、あるいは障害物までの距離を検知する超音波センサを用いたが、人の位置や体温など人の状態を検知するセンサを用いて最適空調を行うこともできる。また、風向変更羽根は上下あるいは左右のいずれか一方のみであってもよいものである。

本発明に係る空気調和機は、空調空間内の状態を認識するセンサユニットにホーンを設け、このホーンに人の指等の浸入を防止する複数のリブを設けたので、これらのリブにより外部からの侵入物による超音波センサの損傷を防止することができるので、一般家庭用の空気調和機を含む様々な空気調和機として有用である。

本発明に係る空気調和機の室内機の正面図 図１の線Ａ−Ａに沿った断面図 可動前面パネルが前面吸入口を開放するとともに、上下風向変更羽根が吹出口を開放した状態の図１の線Ａ−Ａに沿った断面図 図１の室内機に設けられた空調空間認識装置の正面図 図４の線Ｂ−Ｂに沿った断面図 図４の空調空間認識装置に設けられたホーンの正面図 図６の線Ｃ−Ｃに沿った断面図 図２の室内機の変形例を示す断面図

２ 室内機本体、 ２ａ 前面吸入口、 ２ｂ 上面吸入口、 ４ 可動前面パネル、
６ 熱交換器、 ８ 室内ファン、 １０ 吹出口、 １２ 上下風向変更羽根、
１４ 左右風向変更羽根、 １６ フィルタ、 １８ 吹出グリル、 ２０ 送風通路、
２２，２４ 前面パネル用アーム、 ３０ 空調空間認識装置、 ３２ センサ部、
３４ 上下駆動モータ、 ３６ センサケーシング、 ３８ 左右駆動モータ、
４０ 超音波センサ、 ４２ 支持体、 ４４ ホーン、 ４６ 上下回転用回転軸、
４８ 左右回転用回転軸、 ５０ ハウジング、 ５２ 駆動力伝達手段、
５４ のど部、 ５６ 開口部、 ５８ リブ。

Claims (3)

1. 室内機に、空気を吸い込む吸入口と、該吸入口から吸い込まれた空気を熱交換する熱交換器と、該熱交換器で熱交換された空気を吹き出すための吹出口と、該吹出口に設けられ吹き出される空気の向きを変更する風向変更羽根と、前記吹出口に設けられ空調空間内の状態を認識するためのセンサユニットとを備え、該センサユニットが認識した空調空間の状態に応じて前記風向変更羽根を制御して空調運転を行う空気調和機であって、
   前記センサユニットが略円錐状のホーンを有するセンサ部を備え、前記ホーンが、超音波センサが取り付けられるのど部と、該のど部より大径の開口部と、前記のど部の近傍に設けられ前記ホーンの軸方向中心線に向かって突出し軸方向に延びる複数のリブとを有することを特徴とする空気調和機。
2. 前記複数のリブが、前記ホーンの真上を除いた部位に等間隔に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記超音波センサの前方にネット状部材を配置したことを特徴とする請求項１あるいは２に記載の空気調和機。

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