JP2016121835A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧電源部を含む空気清浄ユニットを備えた空気調和機において、高圧電源部に供給される負電圧と正電圧を接続／切断するシーケンスを確実に実行すると共に、空気清浄ユニットに関する二重絶縁を安価に構成する。
【解決手段】入力電源の一次側と二次側とがトランスによって絶縁されて空気清浄ユニットを動作させる直流電源３２と、直流電源３２の正極出力端３２ｂと空気清浄ユニット１６の正極入力端１６ａとの間に直列に接続されたスイッチ１４と、直流電源３２の負極出力端３２ｃと空気清浄ユニット１６の負極入力端１６ｂとの間に直列に接続されたスイッチ１５とを備え、スイッチ１４は開閉パネルが開放された時にオフとなり、スイッチ１５はフィルタが取り外された時にオフとなるように構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気清浄ユニットを備えた空気調和機に係わり、より詳細には、空気清浄ユニットに電源を供給する電源経路の接続／切断に関する。

従来、空気清浄ユニットを備えた空気調和機は特許文献１や特許文献２に記載されたものがあった。
この空気調和機は空気の吸込口と吹出口の間の通風路に、吸込グリル、フィルタ、熱交換器、送風ファンを順次配置し、さらにフィルタと熱交換器との間に空気中の塵埃を吸着して除去する空気清浄ユニットが配置されている。

この空気清浄ユニットは空気調和機本体側に固定された高圧電源部と、高圧電源部とコネクタで接続され着脱可能になっている集塵用カセット部とで構成されている。なお、高圧電源部には空気調和機本体側から供給される＋１２ボルトの駆動用直流電源から高電圧を生成するコンバータが内蔵されている。

上記のように高圧電源部と集塵用カセット部はコネクタで接続されているため、空気清浄ユニットが動作中に吸込グリルを開けてこの集塵用カセット部を取り外した場合、ユーザーの手が誤って高圧電源部のコネクタに接触して感電するおそれがある。このため、空気清浄ユニットが動作中か否かに関わらずに吸込グリルが開放された場合は、高圧電源部を動作させるために空気清浄ユニットへ供給される駆動用直流電源を切断する安全用のスイッチが設けられており、ユーザーへの安全性対策が施されている。

一方、国や地域によっては空気清浄ユニットの高圧電源による感電対策だけでなく、空気調和機を運転するための交流電源とユーザーが接触する部分の絶縁も法令で規定されている。例えば日本では電気用品安全法によって、フレームグランドに接続された部分以外でユーザーが触れる可能性のある部分は二重絶縁が求められている。

一般的な空気調和機ではユーザーが触れる部分、例えば熱交換器などはフレームグランドに接続されており、その他の部分はユーザーが触れないように、つまり、ユーザーとの絶縁性を確保するため、空気調和機の内部の金属部分を樹脂製の筐体カバーで覆う構造になっている。また、空気調和機内で使用する電源を生成する電源装置では、通常、スイッチングトランスによって基礎絶縁が行なわれている。従って二重絶縁とするためには交流電源とユーザーが接触する部分との間に、スイッチングトランスの他にさらにもう一つの絶縁（付加絶縁）を施す必要がある。

しかしながら、空気清浄ユニットに関しては前述したように、集塵用カセットを取り外した状態の場合、駆動用直流電源の正電圧側は前述した安全用のスイッチで切断されているためこのスイッチが付加絶縁となって問題ないが、駆動用直流電源の負電圧側（ＧＮＤ）は接続されたままであり、付加絶縁されておらず二重絶縁とならないために安全性に問題がある。

駆動用の直流電源を切断する安全用のスイッチ以外で付加絶縁を追加するためには、空気清浄ユニットの駆動用直流電源の系統に絶縁トランスを備えたＤＣ−ＤＣコンバータを設ける必要があり、回路的に複雑となってコストもアップする。一方、前述した安全用のスイッチを２回路とし、このスイッチで駆動用直流電源の正／負電圧を同時に切断、接続する方法も考えられる。

しかしながら、動作している空気清浄ユニットの高電圧電源部に供給される駆動用直流電源の負電圧（グランド）を先に切断した場合、高圧電源部内のコンデンサでまだ動作を継続している回路のグランド電位が不定となり、最悪の場合、空気清浄ユニットの高圧電源部を破壊するおそれがあった。なお、駆動用直流電源の切断時だけでなく接続時においても、スイッチの各接点のチャタリングによるオンオフタイミングによっては一度供給された駆動用直流電源の負電圧が短時間切断される場合があり、切断時と同様に高圧電源部を破壊するおそれがあった。

このため、空気清浄ユニットの集塵用カセットを取り外す場合、駆動用直流電源の正電圧、負電圧（グランド）の順で切断し、逆に空気清浄ユニットの集塵用カセットを装着する場合、駆動用直流電源の負電圧、正電圧の順で接続するシーケンスが必要があった。このようなシーケンスを１つのスイッチで行なうには特殊なスイッチを必要とし、コストアップとなる。

特開２００５−１４０４００号公報（第３−４頁、図１） 特許第３８４３７３７号公報（第４−５頁、図２）

本発明は以上述べた問題点を解決し、高圧電源部を含む空気清浄ユニットを備えた空気調和機において、高圧電源部に供給される負電圧と正電圧を接続／切断するシーケンスを確実に実行すると共に、空気清浄ユニットに関する二重絶縁を安価に構成することを目的とする。

本発明は上述の課題を解決するため、本発明の請求項１に記載の発明は、空気の吸込口と吹出口の間の通風路に、回動自在に備えられた開閉パネルと、フィルタと、送風ファンとを順次配置し、前記フィルタと前記送風ファンとの間に空気中の塵埃を高電圧を用いて吸着して除去する空気清浄ユニットとを備えた空気調和機であって、
前記空気調和機は、
入力電源の一次側と二次側とがトランスによって絶縁され前記空気清浄ユニットを動作させる直流電源と、
前記直流電源の正極出力端と前記空気清浄ユニットの正極入力端とを接続する第１電源ラインの間に直列に接続された第１スイッチと、前記直流電源の負極出力端と前記空気清浄ユニットの負極入力端とを接続する第２電源ラインの間に直列に接続された第２スイッチとを備え、
前記開閉パネルが開放された時に前記第１電源ラインが前記第１スイッチによって切断され、前記フィルタが取り外された時に前記第２電源ラインが前記第２スイッチによって切断されるように構成されている。

以上の手段を用いることにより、本発明による空気調和機によれば、請求項１に係わる発明は、開閉パネルを開放し、次にフィルタを取り外すことでユーザーが空気清浄ユニットに触れることが可能であるという空気調和機の構造上の特徴を利用して、ユーザーが空気清浄ユニットに触れようとする場合、まず最初に開閉パネルを開放することで空気清浄ユニットの正電圧の電源ラインを切断し、次にフィルタを取り外すことで負電圧（グランド）の電源ラインを切断する。また、元に戻す場合はこの逆のシーケンスで各電源ラインを接続する。このため空気清浄ユニットの駆動用電源の接続／切断シーケンスを確実に実行することができる。

本発明による空気調和機の実施例を示す室内機の外観図である。 本発明による空気調和機の実施例を示すブロック図である。 本発明によるスイッチの動作を説明する室内機の断面図である。 本発明によるスイッチの別の動作を説明する室内機の断面図である。 本発明によるスイッチのさらに別の動作を説明する室内機の断面図である。 空気清浄ユニットへの電源供給／切断シーケンスを説明する説明図である。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。

図１は本発明による空気調和機の実施例を示す室内機３０の外観図である。
この室内機３０は図１で示すように、前面上部に吸込口１を設け、前面下部に吹出口２を設けている。また、室内機３０の前面と左右を覆う前面カバー１９と、前面上部の左右方向に図示しない回転軸を備えた開閉パネル１１が前面カバー１９の図示しない前方開放部を覆うように設けられている。また、開閉パネル１１は室内機３０の内部に備えられた図示しないフィルタや空気清浄ユニットを清掃するために開放する場合、前面下方部１１ｂが上方に向かってはね上がる構造になっている。また、吹出口２には上下風向板８が設けられており、この上下風向板８は運転停止時には、吹出口２を閉じるようになっている。

図３は室内機３０の断面図である。図３（Ａ）に示すように吸込口１と吹出口２の間の通風路には、前方下部熱交換器３ｂと前方上部熱交換器３ａと後方上部熱交換器３ｃとで構成された逆Ｖ字状の熱交換器３と、吸込口１から室内の空気を吸込み、熱交換器３で冷媒と熱交換された後、吹出口２から室内に送出する送風ファン４とが設けられている。

また、前方下部熱交換器３ｂの下方には、前方下部熱交換器３ｂと前方上部熱交換器３ａとから滴下する凝縮水を受ける前部露受皿５が設けられ、後方上部熱交換器３ｃの下方には、同後方上部熱交換器３ｃから滴下する凝縮水を受ける後部露受皿６が設けられている。また、室内機３０内部の吹出口２付近には、送出される空気を左右方向に偏流させる複数の左右風向板７が設けられ、吹出口２には上記したように、室内機３０の長手方向に設けられた図示しない回転軸を中心として回転する上下風向板８が設けられている。

室内機３０の背面側（図３右方向）には熱交換器３や図示しないファンモータなどの主要な部品を固定するベース９が、室内機３０の上面には吸込グリル１０が、室内機３０の前面（図３左方向）には開閉パネル１１が、また、熱交換器３と吸込グリル１０及び開閉パネル１１の間にはフィルタ１２が、それぞれ設けられている。さらに、熱交換器３とフィルタ１２との間で室内機３０の前方上方には空気清浄ユニット１６が設けられている。

フィルタ１２の後方側先端部１２ｂはベース９の上部内側に設けられた断面コ字状のレール１７に、また、フィルタ１２の前方側先端部１２ａは開閉パネル１１の下方内側に設けられた断面コ字状のレール１８に差し込まれている。また、フィルタ１２の後方側先端部１２ｂはレール１７を、前方側先端部１２ａはレール１８を、それぞれフィルタ１２の撓みの復元力により押圧した状態になっている。なお、フィルタ１２は図示しないガイド及びレール１７とレール１８によって、吸込グリル１０及び開閉パネル１１の内面側に沿って着脱可能に保持されている。

一方、吸込グリル１０は室内機３０の上面を覆うように配置されている。そして、吸込グリル１０の前方上側の左右の内面側には、中央に孔１０ｂを備えたリブ１０ａが設けられており、このリブ１０ａの孔１０ｂに開閉パネル１１の内側の回転軸１１ａが挿入されており、この回転軸１１ａを中心として開閉パネル１１が回動する構造になっている。従って、ユーザーが室内機３０の前面側から空気清浄ユニット１６を清掃する場合は、まず、ユーザーが開閉パネル１１を前面上方にはね上げ、次にフィルタ１２を前方に撓ませて前方側先端部１２ａをレール１８から取り外し、フィルタ１２を前方に取り外す構造になっている。

図３（Ｂ）は図３（Ａ）の破線の円で囲んだレール１８の付近の要部拡大図である。
レール１８の凹部にはフィルタ１２の前方側先端部１２ａがレール１８を押圧した状態で保持されている。また、レール１８の底部には孔が設けられており、レール１８の底面側にはノーマルオープンのスイッチ１５（第２スイッチ）が設けられている。このスイッチ１５の上部にはスイッチ１５の接点を接続／切断するアクチュエータ１５ａが備えられており、アクチュエータ１５ａはレール１８の底部の孔を通してフィルタ１２の前方側先端部１２ａから下方に向かう力を受けて、スイッチ１５の接点を接続（オン）した状態になっている。この前方側先端部１２ａがレール１８から取り外された場合、アクチュエータ１５ａはスイッチ１５内部に設けられた図示しないバネによりスイッチ１５の外部方向に一定距離だけ突出し、この結果、スイッチ１５の接点が開放（オフ）になる。

一方、スイッチ１５の下方にはノーマルオープンのスイッチ１４（第１スイッチ）が設けられている。スイッチ１４の左側にはアクチュエータ１４ａが設けられている。アクチュエータ１４ａの先端は開閉パネル１１の下方裏側で押圧されており、スイッチ１４の接点を接続（オン）した状態になっている。ユーザーがこの開閉パネル１１をはね上げた場合、アクチュエータ１４ａはスイッチ１４内部に設けられた図示しないバネによりスイッチ１５の外部方向に一定距離だけ突出し、この結果、スイッチ１４の接点が開放（オフ）になる。

図２は本発明による空気調和機５０の実施例を示すブロック図である。なお、本願と直接関係のない熱交換器や電子膨張弁やファンモータなどは図示と説明を省略する。

空気調和機５０は互いに通信接続された室内機３０と室外機４０とで構成されている。
室内機３０は、電源ケーブル３１と、電源ケーブル３１が接続されて内部にトランス３２ａを備えた直流電源３２と、この直流電源３２が出力する正電圧と負電圧（ＧＮＤ電位）で動作する高圧電源部１６ｃを内蔵した空気清浄ユニット１６と、室内機３０を制御する室内機制御部１３とを備えている。

さらに室内機３０は、直流電源３２の正極出力端３２ｂと空気清浄ユニット１６の正極入力端１６ａを接続する第１電源ラインに、運転スイッチ３４とスイッチ１４とが直列に接続され、また、直流電源３２の負極出力端３２ｃと空気清浄ユニット１６の負極入力端１６ｂを接続する第２電源ラインに、電流検出器３３とスイッチ１５とが直列に接続されている。なお、電流検出器３３で検出された電流は空気清浄ユニット１６の運転状態を確認する電流検出信号として室内機制御部１３へ入力されている。また、直流電源３２の負極出力端３２ｃは室内機３０のグランド（ＧＮＤ）に接続されている。

運転スイッチ３４は室内機制御部１３から出力される運転指示信号によって、空気清浄ユニット１６を運転する場合はオン、運転を停止する場合はオフとなって空気清浄ユニット１６に供給する電圧を供給／遮断するようになっている。

室内機制御部１３は運転指示信号を出力して空気清浄ユニット１６を運転しようとして運転スイッチ３４をオンにした場合、電流検出器３３で電流が検出されなければスイッチ１４、または、スイッチ１５の接点が開放状態、つまり、開閉パネル１１かフィルタ１２のうち少なくともいずれか一方が正しく装着されていないと判断し、運転スイッチ３４をオフにすると共に、ユーザーに警告を与える。

空気清浄ユニット１６を運転する直前は高圧電源部１６ｃは放電状態であり、仮にフィルタ１２が装着されず開閉パネル１１が閉じた状態でスイッチ１４と運転スイッチ３４が共にオンとなったとしても、直流電源３２の正極の電圧のみが空気清浄ユニット１６に印加されるが、高圧電源部１６ｃに電流が流れないため高圧電源は発生せず、さらに、ユーザーは開閉パネル１１が閉じているため空気清浄ユニット１６を触ることができないため安全である。

一方、仮にフィルタ１２が装着されており、開閉パネル１１が開いた状態でスイッチ１５と運転スイッチ３４が共にオンとなったとしても、高圧電源部１６ｃに電流が流れないため高圧電源は発生せず、さらに、フィルタ１２が装着されているためユーザーは空気清浄ユニット１６を触ることができないため安全である。

このように、室内機３０は直流電源３２内部のトランス３２ａで基礎絶縁され、さらに、スイッチ１４とスイッチ１５とで空気清浄ユニット１６に正電圧を供給する第１電源ラインと負電圧を供給する第２電源ラインが切断されることで付加絶縁される。つまり、開閉パネル１１が開放され、フィルタ１２が取り外された場合、入力する交流電源に対して空気清浄ユニット１６は二重絶縁された状態になる。

次に図３〜図６を用いてスイッチ１４とスイッチ１５の動作を説明する。
図３は前述したように開閉パネル１１とフィルタ１２が装着状態であるためスイッチ１４とスイッチ１５は共にオン状態である。この状態で室内機制御部１３が運転スイッチ３４をオンにして空気清浄ユニット１６を運転している状態である。

図４は図３の状態から開閉パネル１１をはね上げた状態を示している。開閉パネル１１による押圧がなくなったため、スイッチ１４のアクチュエータ１４ａが突出しスイッチ１４の接点はオフになる。つまり、空気清浄ユニット１６の正電圧が切断されることになる。この状態でも空気清浄ユニット１６の高圧電源部１６ｃ内に設けられた図示しない電源用のコンデンサに蓄積された電荷により、わずかの時間だけ高圧電源部１６ｃから高電圧が出力される場合があるが、まだフィルタ１２が空気清浄ユニット１６の前面にあるため、ユーザーは空気清浄ユニット１６に直接触れることができない。

また、ユーザーが開閉パネル１１をはね上げた時に高圧電源部１６ｃへ供給される正電圧が切断されるが、フィルタ１２は装着状態であり高圧電源部１６ｃへ供給される負電圧（ＧＮＤ電位）が接続されたままである。このため、ＧＮＤ電位が安定した状態で高圧電源部１６ｃへ供給される正電圧が切断されることになる。このため、高圧電源部１６ｃへ供給される正電圧が切断されるより前に高圧電源部１６ｃへ供給される負電圧（ＧＮＤ電位）が切断されることによる高圧電源部１６ｃの故障を防止することができる。

図５は図４の状態からフィルタ１２を取り外した状態を示している。フィルタ１２の前方側先端部１２ａによる押圧がなくなったため、スイッチ１５のアクチュエータ１５ａが突出しスイッチ１５の接点はオフになる。つまり、空気清浄ユニット１６の負電圧が切断されることになる。

フィルタ１２を取り外す作業はユーザーの手で行なう為、開閉パネル１１のはね上げ動作からフィルタ１２を取り外すまでには数秒の時間が必要になる。このため、この数秒の間、空気清浄ユニット１６が動作を継続することにより高圧電源部１６ｃ内のコンデンサが放電し、フィルタ１２を取り外した時には高圧電源部１６ｃはすでに動作を停止しており、ユーザーが空気清浄ユニット１６の高圧電源部１６ｃを触っても感電することはない。当然、この状態は二重絶縁となっている為、万一、直流電源３２のトランス３２ａの絶縁が破壊されて一次側と二次側とが短絡したとしてもユーザーの安全性は確保される。

逆にフィルタ１２を装着して室内機３０を運転可能な状態に戻すためには図５、図４、図３の逆の手順となる。このようにユーザーがフィルタ１２を装着した後、開閉パネル１１を閉じる手順であるため、必然的にスイッチ１５で第２電源ライン（ＧＮＤ側）が先に接続された数秒の後、次に第１電源ライン（正電圧側）が接続されることになり、各スイッチの接点にチャタリングが発生しても問題ない。
一方、フィルタ１２を装着しないまま開閉パネル１１を閉じた場合、空気清浄ユニット１６には電源が供給されない。また、この時、室内機制御部１３は電流検出器３３により空気清浄ユニット１６に電流が流れないことを検知してユーザーに警告を与える。

図６は空気清浄ユニット１６への電源供給／切断シーケンスを説明する説明図である。
図６の横軸は時間、縦軸は各スイッチのオン／オフ状態を示しており、図６（１）はスイッチ１４を、図６（２）はスイッチ１５のオン／オフ状態をそれぞれ示している。各スイッチはハイレベルでオフ、ローレベルでオンとなる。なおｔ１〜ｔ５は時刻を示している。また、前提条件としてｔ３までは空気調和機５０の運転を停止した状態である。また、初期状態として開閉パネル１１は開放され、フィルタ１２は取り外された状態である。

図６に示すようにｔ１までは開閉パネル１１が開放され、フィルタ１２が取り外された状態である。このため、ユーザーが空気清浄ユニット１６に直接触れることが可能であるが、スイッチ１４とスイッチ１５は共にオフ状態であるため二重絶縁が確保された安全な状態である。

ユーザーがｔ１でフィルタ１２を装着するとスイッチ１５がオンとなり、絶縁に関しては基礎絶縁のみとなる。しかしながら、この状態ではユーザーが空気清浄ユニット１６に直接触れることができないので安全性に関しては問題ない。次にユーザーはｔ２で開閉パネル１１を閉じる。この結果、ｔ２ではスイッチ１４とスイッチ１５とは共にオンとなる。この状態で空気調和機５０（空気清浄ユニット１６を含む）は運転可能な状態になる。

ｔ３でユーザーが空気調和機５０に対して空気清浄ユニットを含む空調運転の開始を指示した時、室内機制御部１３は運転スイッチ３４をオンにして空気清浄ユニットに電源の供給を開始する。一方、何らかの原因でユーザーがｔ４で運転中の室内機３０の開閉パネル１１を開放した場合、スイッチ１４がオフになって空気清浄ユニット１６への電源供給が遮断される。この場合も絶縁に関しては基礎絶縁のみであるが、フィルタ１２によりユーザーは空気清浄ユニット１６を直接触ることができないため安全性に関しては問題ない。

そして、ユーザーが次にｔ５でフィルタ１２を取り外すとスイッチ１５がオフとなり、絶縁に関しては二重絶縁となる。従ってユーザーが空気清浄ユニット１６を直接触れることが可能となっても安全性に関して問題ない。

このように空気調和機５０の構造上、開閉パネル１１とフィルタ１２が空気清浄ユニット１６の前面に配置されるため、それぞれの取り外しを検出するスイッチを設けることでユーザーが空気清浄ユニット１６に直接触れる前に二重絶縁を形成することができる。また、空気清浄ユニット１６の高圧電源部１６ｃに供給される負電圧（ＧＮＤ）と正電圧を接続／切断するシーケンスを確実に実行することができる。さらに、付加絶縁を安価なスイッチのみで構成できるため、空気清浄ユニットに関する二重絶縁を安価に構成することができる。

なお、本実施例では空気調和機の室内機を例として説明しているが、これに限るものでなく、空気清浄機などに用いても同じ効果を得ることができる。

１ 吸込口
２ 吹出口
３ 熱交換器
３ａ 前方上部熱交換器
３ｂ 前方下部熱交換器
３ｃ 後方上部熱交換器
４ 送風ファン
５ 前部露受皿
６ 後部露受皿
７ 左右風向板
８ 上下風向板
８ 同上下風向板
９ ベース
１０ 吸込グリル
１０ａ リブ
１０ｂ 孔
１１ 開閉パネル
１１ａ 回転軸
１１ｂ 前面下方部
１２ フィルタ
１２ａ 前方側先端部
１２ｂ 後方側先端部
１３ 室内機制御部
１４ スイッチ（第１スイッチ）
１４ａ アクチュエータ
１５ スイッチ（第２スイッチ）
１５ａ アクチュエータ
１６ 空気清浄ユニット
１６ａ 正極入力端
１６ｂ 負極入力端
１６ｃ 高圧電源部
１７ レール
１８ レール
１９ 前面カバー
３０ 室内機
３１ 電源ケーブル
３２ 直流電源
３２ａ トランス
３２ｂ 正極出力端
３２ｃ 負極出力端
３３ 電流検出器
３４ 運転スイッチ
４０ 室外機
５０ 空気調和機

Claims (1)

1. 空気の吸込口と吹出口の間の通風路に、回動自在に備えられた開閉パネルと、フィルタと、送風ファンとを順次配置し、前記フィルタと前記送風ファンとの間に空気中の塵埃を高電圧を用いて吸着して除去する空気清浄ユニットとを備えた空気調和機であって、
   前記空気調和機は、
   入力電源の一次側と二次側とがトランスによって絶縁され前記空気清浄ユニットを動作させる直流電源と、
   前記直流電源の正極出力端と前記空気清浄ユニットの正極入力端とを接続する第１電源ラインの間に直列に接続された第１スイッチと、前記直流電源の負極出力端と前記空気清浄ユニットの負極入力端とを接続する第２電源ラインの間に直列に接続された第２スイッチとを備え、
   前記開閉パネルが開放された時に前記第１電源ラインが前記第１スイッチによって切断され、前記フィルタが取り外された時に前記第２電源ラインが前記第２スイッチによって切断されるように構成されていることを特徴とする空気調和機。

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