JP4365396B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

この発明は、空気清浄フィルターを設けた空気調和機に関するものである。詳しくは、空気清浄フィルターへの風流入角度と、空気清浄フィルターの通風孔の通風角度とを近づけて、空気清浄能力を向上させた空気清浄フィルターを備えた空気調和機に関する。

従来の空気調和機に使用される空気清浄フィルターは、空気調和機の冷房や暖房といった基本性能の悪化を抑制するため、不織布等に比べて通風抵抗が低いハニカム構造のフィルターが用いられることが多い。

このようなハニカム構造の空気清浄装置フィルターの通風抵抗は、風速が１ｍ／ｓにおて、３〜１０Ｐａ（パスカル）程度である。更に通風抵抗を低下させるためには通風孔の孔径を拡大することが容易かつ望ましいとされる（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−３３７３１３号公報（第４頁、第１図および第７図）

従来の空気調和機に使用される空気清浄フィルターは、通風孔の孔径を拡大することで通風抵抗を減らして、空気調和機の冷房や暖房といった基本性能の悪化を抑制していた。

しかしながら、近年では、空気調和機の分野においても、高い空気清浄能力が求められており、一般に集塵や脱臭といった空気清浄能力は通過処理風量と一過性除去効率の積で示されるが、通風孔の孔径を拡大することは、フィルターと汚損空気との接触面積が減ってしまうために、一過性除去効率が著しく悪化する。その結果、空気清浄能力が悪化するという課題があった。

また、空気清浄フィルターの水平面に対する風流入角度は、フィルター壁面での圧力損失を避けるために垂直方向（９０゜）が望ましい。しかし、近年の空気調和機では、意匠性の向上を目的としてフロントグリルの正面から風の吸い込みを行なわずに、主に天面パネル方向から風を吸い込んでいる。そのため、熱交換器の上流側に取り付けられた空気清浄フィルターの水平面に対する風流入角度は９０゜より小さく、通風孔８の通風角度とは一致していない。

空気清浄フィルターの水平面に対する風流入角度と空気清浄フィルターの通風孔の通風角度との差異が２０゜以上ある場合には、フィルターの圧力損失が無視できない程度に増加する。フィルターの圧力損失が増加すると、空気調和機自体の消費電力量が悪化する。またフィルターを通過する風量が低下する。そのため、結果として空気清浄能力が低下するという課題があった。

また、空気清浄フィルターの水平面に対する風流入角度が４５゜より小さい厳しい条件下では、フィルターの表面を風がなめてしまい、フィルター自体に風が流入し難いという課題もある。

上述のように、最も高い空気清浄能力を得る為には、空気清浄フィルターの通風孔の孔径を小さくし、かつ、空気清浄フィルターに対する風流入角度に合うように空気清浄フィルターの通風孔の通風角度を傾斜させればよい。しかしながら、フィルターの通風角度を傾斜させることは、空気清浄フィルターの上面および下面に風が通らない不通部が生じてしまうため、一定の性能を得る為には、その分フィルターを大きくしなければならい。通常フィルターの容積によってフィルターの価格が決定される為、フィルターが高価になるという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、フィルターの通風孔の孔径を保ったまま圧力損失を低減し、且つ最小のフィルター容積で、空気調和機の消費電力量低減と最大限の空気清浄能力とを両立できる空気調和機を安価に提供することを目的とする。

この発明に係る空気調和機は、室内空気の調和を行う熱交換器と、この熱交換器の上流側に設けられ、複数の通風孔を連結して構成されるハニカム構造の空気清浄フィルターとを有する空気調和機において、空気清浄フィルターの通風孔を、天面方向から吸い込まれ空気清浄フィルターに流入する室内空気の流入方向に傾斜させ、空気清浄フィルターの上部もしくは下部の少なくとも一方を通風孔とともに傾斜させることを特徴とする。

この発明に係る空気調和機は、空気清浄フィルターの通風孔を、天面方向から吸い込まれ空気清浄フィルターに流入する室内空気の流入方向に傾斜させ、空気清浄フィルターの上部もしくは下部の少なくとも一方を通風孔とともに傾斜させることにより、空気清浄フィルターの圧力損失を低減させる効果を奏するとともに、風が通らない不通部を極力減らすことができ、圧力損失を減少させると共に、最小の容積で最大の空気清浄能力を得ることができるという効果を奏する。

実施の形態１．
図４を除く図１乃至図９は実施の形態１を示す図で、図１は空気調和機５０の断面図、図２は空気調和機５０の正面図、図３は空気清浄フィルター２の断面図（側面視）、図５はフィルターへの風流入角度θ１が３０゜、空気調和機５０の全体風量が１６．９ｍ^３／ｍｉｎにおけるフィルター通風孔の傾斜角度θ２と空気調和機５０の消費電力増加分との関係図、図６は空気清浄フィルター２の風不通部３０の断面図、図７は同一フィルター容積において、フィルター通風孔の傾斜角度θ２＝４５゜とした時のフィルター上部１０及びフィルター下部９の傾斜角度と空気清浄能力の関係図、図８は空気清浄フィルター保持枠３の断面図、図９は空気清浄フィルター２の通風孔８の拡大正面図である。図４は比較のために示す従来の空気清浄フィルター２０の断面図（側面視）である。

図１に示すように、空気調和機５０（室内機）は、逆Ｖ字形状の熱交換器１の上流側に、ハニカム構造を有した空気清浄フィルター２（以下、単にフィルターと呼ぶ場合もある）とそれを保持する空気清浄フィルター保持枠３とを備えている。

空気清浄フィルター２は、例えば図２の空気調和機５０の全体正面図に示されるように、熱交換器１の上流側に単独に設けられた空気清浄フィルター保持枠３又はパネルで一体形成された空気清浄フィルター保持枠３によって空気調和機５０の内部に保持されている。

また、意匠性の向上を目的としてフロントグリル４の正面から室内の空気の吸い込みを行なわず、主に天面パネル５方向から室内の空気を吸い込んでいる。そして、ファン６により、吸い込んだ室内空気を空気清浄フィルター２、熱交換器１を通過させて調和（冷却、加熱等）させ、吹き出し口７から室内へ吹き出している。

空気清浄フィルター２には、室内の空気が空気清浄フィルター２の上流側からフィルターへの風流入角度θ１で流入する。空気清浄フィルター２の通風孔８は、空気清浄フィルター２の水平面に対するフィルター通風孔の傾斜角度θ２方向に貫通している。

図３に示すように、空気清浄フィルター２のフィルター上部１０は、空気清浄フィルター２の水平面に対してフィルター上部の傾斜角度θ２ａに傾斜している。また、空気清浄フィルター２のフィルター下部９はフィルター下部の傾斜角度θ２ｂに傾斜している。

そこで、空気清浄フィルター保持枠３は、図１に示すように、空気清浄フィルター２のフィルター上部１０およびフィルター下部９の形状に合わせて、空気清浄フィルター２のフィルター上部１０は、空気清浄フィルター２の水平面に対して、フィルター保持枠の傾斜角度θ３に傾斜している。

次に動作について説明する。
空気清浄フィルター２は、空気清浄フィルター２を上流から下流方向に通過する空気を清浄化する役割を担っている。

空気清浄フィルター２は、空気調和機５０における圧力損失を抑制する為に、貫通する複数の通風孔８（図２、図９参照）を連結して構成されるハニカム構造となっている。通風孔８は、例えば、三角形、四角形または六角形といった形状をしている。

空気清浄フィルター２のハニカム構造を構成するハニカムフィルターには、例えば、セラミックペーパー、ガラス繊維、アルミニウム、ポリプロピレン、ポリオレフィン、活性炭繊維、和紙、各種不織布といった無機系又は有機系の基材が用いられる。

空気清浄フィルター２に脱臭作用・抗菌作用を付加するために、例えば、チタン、マンガン、銀、パラジウム、プラチナ、コバルト、銅といった触媒が基材表面に付帯されている。

また、空気清浄フィルター２に吸着作用・吸水作用を付加するために、ゼオライト、シリカ、アルミナ、活性炭といった吸着剤が基材表面に付帯されている。

また、空気清浄フィルター２に集塵作用を付加するために、電荷を練りこんでエレクトレットフィルターとする場合もある。

また、空気清浄フィルター２にアレル物質の低減化作用を付加するために、酵素や無機塩、有機塩を付帯する場合もある。

図３において、空気清浄フィルター２は、熱交換器１（ここでは、前面上部熱交換器）の上流側に装着されており、近年の空気調和機５０では、室内空気はフロントグリル４からではなく、主には天面パネル５方向から吸い込まれる。よって、空気清浄フィルター２は、前面上部熱交換器、背面上部熱交換器、前面下部熱交換器のいずれかの上流側に配置されている。風の流入方向はいずれの場合にも、空気清浄フィルター２の上部方向からであり、フィルターへの風流入角度θ１は９０゜より小さくなる。

比較のため、従来の空気清浄フィルター２０を図４に示す。図４に示すように、従来の空気清浄フィルター２０のフィルター通風孔の傾斜角度θ２は９０゜である。そのため、圧力損失低減の観点からフィルターへの風流入角度θ１も９０゜とすることが望ましい。しかし、前述のように、フィルターへの風流入角度θ１が９０゜未満、特にフィルター通風孔の傾斜角度θ２とフィルターへの風流入角度θ１の差異が２０゜より大きい場合には、空気清浄フィルター２０の壁面での圧力損失から空気調和機５０の消費電力量が悪化する。

従来の空気清浄フィルター２０において、フィルターへの風流入角度θ１が７０゜以下である場合には、通風孔２１の孔径を拡大すれば圧力損失を軽減できる。

しかし、一般に集塵や脱臭といった空気清浄能力は通過処理風量と一過性除去効率の積で示されるため、通風孔２１の孔径を拡大することは、フィルターと汚損空気との接触面積を減少させ、一過性除去効率が著しく悪化する。結果として、空気清浄能力が悪化するため好ましくない。

従って、本実施の形態のように、フィルター通風孔の傾斜角度θ２をフィルターへの風流入角度θ１と等しくすることが好ましい。但し、フィルターへの風流入角度θ１が過度に小さく、フィルター製造上の理由からフィルター通風孔の傾斜角度θ２をフィルターへの風流入角度θ１まで小さくできない場合には、フィルター通風孔の傾斜角度θ２を極力フィルターへの風流入角度θ１まで近づければよい。また、フィルターへの風流入角度θ１とフィルター通風孔の傾斜角度θ２との差異を２０゜以内とすれば圧力損失の影響をほぼ無視することができる。

図５のフィルターへの風流入角度θ１が３０゜、空気調和機５０の全体風量が１６．９ｍ^３／ｍｉｎにおけるフィルター通風孔の傾斜角度θ２と空気調和機５０の消費電力増加分との関係図に示すように、フィルター通風孔の傾斜角度θ２が９０゜の場合には、風がフィルター壁面に衝突したり風がフィルター表面をなめたりする為、空気清浄フィルター２での圧力損失が大きくなる。そのため、同じ風量を得るために多くの電気が必要となり、空気清浄フィルター２なしの場合よりも、約５．０Ｗの消費電力増加が見られる。しかし、フィルター通風孔の傾斜角度θ２を４５゜として、フィルターへの風流入角度θ１との差異を２０゜以下とすることで、空気清浄フィルター２設置による消費電力量増加を１．０Ｗ強まで低減できる。

なお、空気清浄フィルター２を、フィルター通風孔の傾斜角度θ２傾斜させるとフィルターへの空気の流入は改善される。しかし、空気清浄フィルター２が直方体をしている場合、例えば図６に示すように、空気清浄フィルター２の両端部（図６では、上部と下部）にて傾斜させた分、風が通らない不通部３０が形成される。

例えば、フィルター厚みがＡ（ｍｍ）であれば、断面積にしてＡ^２（ｍｍ^２）が、風が通風孔８を通過できない為に、空気清浄機能に寄与しないロス部分となる。

図３に示すように、フィルター上部の傾斜角度θ２ａを、フィルター通風孔の傾斜角度θ２と同様の方向に、２０〜７０゜傾斜させることで、風出口はあるが流入口の無い通風孔８をなくすことができ、一方の不通部３０を削減することができる。このとき、この時、フィルター下部９は傾斜していないので、空気清浄フィルター２の断面形状は台形となっている。

また、フィルター下部の傾斜角度θ２ｂを、フィルター通風孔の傾斜角度θ２と同様の方向に、２０〜７０゜傾斜させることで、流入口はあるが風出口の無い通風孔８をなくすことができ、フィルターに流入した風はすべて後方に抜けるため、他方の不通部３０を削減することができる。この時、フィルター上部１０は傾斜していないので、空気清浄フィルター２の断面形状は台形となっている。

フィルター上部の傾斜角度θ２ａおよびフィルター下部の傾斜角度θ２ｂを、θ２ａ＝θ２ｂとすることで、同じ切断方向の加工となるため歩留まりが良く製造効率が良い。また、フィルター上部の傾斜角度θ２ａおよびフィルター下部の傾斜角度θ２ｂをそれぞれフィルター通風孔の傾斜角度θ２に一致させることで、外形と通風角度が一致し、最もロスのない形状となる。この時、空気清浄フィルター２の断面形状は平行四辺形となる。

図７は、同一フィルター容積において、フィルター通風孔の傾斜角度θ２＝４５゜とした時のフィルター上部１０及びフィルター下部９の傾斜角度と空気清浄能力の関係図であり、フィルター上部の傾斜角度θ２ａおよびフィルター下部の傾斜角度θ２ｂを４５゜とした時の空気清浄能力を１００％としている。図７において、フィルター上部の傾斜角度θ２ａおよびフィルター下部の傾斜角度θ２ｂを９０゜とした時は、図６に示す空気が通過しない不通部３０が形成される為、フィルター上部の傾斜角度θ２ａおよびフィルター下部の傾斜角度θ２ｂを４５゜とした時に比べて、空気清浄能力は約７５％まで低下する。

従って、空気清浄フィルター２の通風孔８と共に、フィルター上部１０およびフィルター下部９の両端部も傾斜させることで最も効果が高まる。

但し、空気清浄フィルター２の加工場所が保有する加工設備によっては、空気清浄フィルター２を傾斜させて切断することは困難であり、通常垂直方向に切断する場合に比べてフィルター加工費が高価になる場合もある。加工費を削減したい場合には、フィルター上部の傾斜角度θ２ａもしくはフィルター下部の傾斜角度θ２ｂのいずれか一方を９０゜とし、いずれか一方を２０〜７０゜としても良い。このような空気清浄フィルター２を製作する場合は、要求寸法に対して幅が２倍で、且つフィルター上部１０およびフィルター下部９を傾斜加工したものを作成し、中央で垂直に２分割切断する。これによって、傾斜加工を１つ削減しつつ、２つのフィルターを製造することができ、加工費の削減効果が得られる場合もある。

また、空気清浄フィルター２は、図８の空気清浄フィルター保持枠３の断面図に示すように、熱交換器１の上流側に単独に設けられた空気清浄フィルター保持枠３もしくはパネルで一体形成された空気清浄保持枠３によって空気調和機５０の内部に保持されている。従来の空気清浄フィルター保持枠は、熱交換器１に対して垂直方向に通風がなされ、かつ、垂直方向に外形が切断された従来の空気清浄フィルター２０（図４参照）を保持する為に、垂直方向に設けられた壁もしくはリブで空気清浄フィルター２を保持している。

本実施の形態は、空気清浄フィルター２のフィルター通風孔の傾斜角度が２０〜７０゜で、且つ空気清浄フィルター２のフィルター上部１０またはフィルター下部９のいずれか一方の端部が、対向する熱交換器１に対して２０〜７０゜に傾斜している為、空気清浄フィルター保持枠３のフィルター保持枠上部３２又はフィルター保持枠下部３１の端部も、空気清浄フィルター２のフィルター上部１０またはフィルター下部９の端部に合わせて２０〜７０゜に傾斜して保持させることが好ましい。これにより、空気清浄フィルター保持枠３による圧力損失を受けることなく、空気清浄フィルター２へ風が流入するため、空気清浄フィルター２の両端部（フィルター上部１０、フィルター下部９）を傾斜させることで創出したロス部分削減効果を害さない。また、特にフィルター保持枠上部３２では、熱交換器１と空気清浄フィルター２の間に、フィルター保持枠の傾斜角度θ３の三角空隙を設けることで、空気清浄フィルター２の下に潜り込む風が、空気清浄フィルター保持枠３による圧力損失を受けることなく熱交換器１へスムーズに流入する。

また、空気清浄フィルター２のフィルター上部の傾斜角度θ２ａおよびフィルター下部の傾斜角度θ２ｂと、フィルター保持枠の傾斜角度θ３とを一致させることで、空気清浄フィルター２以外の部位への風流入を回避することができる。しかし、金型など製造上の都合により、空気清浄フィルター保持枠３を傾斜することができない場合には必ずしも一致させなくても良い。しかし、その場合、空気清浄フィルター保持枠３によって、空気清浄フィルター２の通風孔８を極力塞がないよう、例えば、フィルターの表面および裏面の抑えリブは、直線状リブで保持するのではなく、部分的に限定して凸状に設ける等の工夫が必要である。

図９は空気清浄フィルター２の通風孔８の拡大正面図である。前述のように空気清浄能力は通過処理風量と一過性除去効率の積で示されるため、空気清浄フィルター２の通風孔８の孔径について、一過性除去効率向上の観点から、孔径は小さいことが望ましい。しかし、フィルターへの風流入角度θ１が７０゜より小さい空気調和機５０において、風路形態によっては、孔径３００セル（１平方インチあたり）以上を用いる場合、フィルター表面を風がなめてしまい通過風量が低下することが多い。逆に孔径１２０セル（１平方インチあたり）未満とした場合には、フィルターと空気の接触面積が不足する為、一過性除去効率が著しく低下する。特に、フィルターへの風流入角度θ１が４５゜より小さい場合には、これらの現象が顕著であり、フィルターへの風流入角度θ１が斜めに入射する空気調和機５０においては、孔径を１２０〜３００セル（１平方インチあたり）とするのが良い。

以上のように、空気清浄フィルター２に対するフィルターへの風流入角度θ１が７０゜以下である場合には、フィルターへの風流入角度θ１に合わせて通風孔８のフィルター通風孔の傾斜角度θ２を２０〜７０゜にすることで、空気清浄フィルター２の壁面に風が衝突することなく空気清浄フィルター２を抜ける為、空気清浄フィルター２の圧力損失を低減させるという効果を有する。その際、フィルター通風孔の傾斜角度θ２と空気清浄フィルター２に対するフィルターへの風流入角度θ１とを一致させると、空気清浄フィルター２での圧力損失が最も小さくなり、空気調和機５０の消費電力量が最も小さくなる。

更に、本実施の形態の空気清浄フィルター２は、フィルター上部の傾斜角度θ２ａおよびフィルター下部の傾斜角度θ２ｂも、フィルター通風孔の傾斜角度θ２に合わせて２０〜７０゜にしているため、風が通らない不通部３０を極力減らすことができ、圧力損失を減少させると共に、最小の容積で最大の空気清浄能力を得ることができるという効果を有する。空気清浄フィルター２に風が通らない部分を作らない為、フィルター容積を不必要に増やす必要がなく安価に構成することができる。この空気清浄フィルター２の断面形状は台形もしくは平行四辺形であるが、フィルター通風孔の傾斜角度θ２と、フィルター上部の傾斜角度θ２ａおよびフィルター下部の傾斜角度θ２ｂとを一致させて平行四辺形とすることで最も有効にフィルターを使うことができる。

更に、空気清浄フィルター保持枠３の両端部のフィルター保持枠の傾斜角度θ３も同様に、空気清浄フィルター２の外形に合わせて傾斜させることで、空気清浄フィルター保持枠３による圧力損失を最小限に抑えるという効果を有する。

実施の形態１を示す図で、空気調和機５０の断面図である。 実施の形態１を示す図で、空気調和機５０の正面図である。 実施の形態１を示す図で、空気清浄フィルター２の断面図（側面視）である。 比較のために示す従来の空気清浄フィルター２０の断面図（側面視）である。 実施の形態１を示す図で、フィルターへの風流入角度θ１が３０゜、空気調和機５０の全体風量が１６．９ｍ^３／ｍｉｎにおけるフィルター通風孔の傾斜角度θ２と空気調和機５０の消費電力増加分との関係図である。 実施の形態１を示す図で、空気清浄フィルター２の風不通部３０の断面図である。 実施の形態１を示す図で、同一フィルター容積において、フィルター通風孔の傾斜角度θ２＝４５゜とした時のフィルター上部１０及びフィルター下部９の傾斜角度と空気清浄能力の関係図である。 実施の形態１を示す図で、空気清浄フィルター保持枠３の断面図である。 実施の形態１を示す図で、空気清浄フィルター２の通風孔８の拡大正面図である。

符号の説明

１ 熱交換器、２ 空気清浄フィルター、３ 空気清浄フィルター保持枠、４ フロントグリル、５ 天面パネル、６ ファン、７ 吹き出し口、８ 通風孔、９ フィルター下部、１０ フィルター上部、２０ 従来の空気清浄フィルター、２１ 通風孔、２２ フィルター下部、２３ フィルター上部、３０ 不通部、３１ フィルター保持枠下部、３２ フィルター保持枠上部、θ１ フィルターへの風流入角度、θ２ フィルター通風孔の傾斜角度、θ２ａ フィルター上部の傾斜角度、θ２ｂ フィルター下部の傾斜角度、θ３ フィルター保持枠の傾斜角度。

Claims (5)

1. 前面上部熱交換器、背面上部熱交換器および前面下部熱交換器から成り室内空気の調和を行う逆Ｖ字形状の熱交換器と、前記前面上部熱交換器の上流側に設けられ、複数の通風孔を連結して構成されるハニカム構造の空気清浄フィルターとを有する空気調和機において、
   前記空気清浄フィルターの前記通風孔を、天面方向から吸い込まれ前記空気清浄フィルターに流入する前記室内空気の流入方向に、対向する前記熱交換器の表面に対して傾斜させ、前記空気清浄フィルターの上端部及び下端部のそれぞれを前記通風孔とともに、対向する前記熱交換器の表面に対して傾斜させることにより前記空気清浄フィルターの断面形状を平行四辺形とし、
   前記空気清浄フィルターを保持する空気清浄フィルター保持枠を備え、前記空気清浄フィルター保持枠の上端部の傾斜角度を前記空気清浄フィルターの上端部の傾斜角度に、前記空気清浄フィルター保持枠の下端部の傾斜角度を前記空気清浄フィルターの下端部の傾斜角度に合わせることを特徴とする空気調和機。
2. 前記空気清浄フィルターに流入する前記室内空気の流入角度が７０゜以下であり、且つ前記空気清浄フィルターの前記通風孔の傾斜角度が２０〜７０゜であることを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
3. 前記空気清浄フィルターの前記通風孔の傾斜角度が、前記空気清浄フィルターに流入する前記室内空気の流入角度と略等しいことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の空気調和機。
4. 前記空気清浄フィルターに流入する前記室内空気の流入角度と、前記空気清浄フィルターの前記通風孔の傾斜角度との差が、２０゜以内であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の空気調和機。
5. 前記空気清浄フィルターの前記通風孔を１平方インチあたり１２０〜３００セルとしたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の空気調和機。

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