JP4965227B2

JP4965227B2 - 空気調和機の室内機

Info

Publication number: JP4965227B2
Application number: JP2006298536A
Authority: JP
Inventors: 誠司平川; 直斎藤; 光宏代田; 義浩田邉
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-11-02
Filing date: 2006-11-02
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2026-11-02
Also published as: JP2008116097A

Description

この発明は空気調和機の室内機に関するものである。

従来の空気調和機の室内機は、室内機に付着した塵埃を吸込む吸込み孔を有する吸込みノズルと、吸込みノズルに接続されて塵埃および室内側空気を吸込み排出する吸排気装置とを有するフィルタ清掃装置を備え、フィルタ清掃装置に一端が接続され、他端が室外に連通された排気ダクトとを備え、フィルタ清掃装置から吸入された塵埃と室内側空気のいずれか一方または双方を排気ダクトから排出するものが記載されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００６−１８３９９６号公報（第４頁、第４図）

上述の空気調和機では、換気装置やフィルタ清掃装置を有しているので使用者の快適性は増すが、除去した塵埃を屋外に排出するための排気装置が室内機の側方に設けられているために、室内機の幅寸法が大きくなってしまい、室内機の据付可能場所が限られてしまう。また逆に、据付可能場所を増やすために室内機の幅寸法を小さくすると、排気装置を入れるスペースが必要であるためにクロスフローファンの幅寸法や熱交換器の幅寸法がその分だけ小さくなり、空調運転における省エネ性能が悪化してしまう。また、人の在不在や人の存在位置に関係なく常に部屋全体を空調するため、実使用においてエネルギーロスが生じている。したがって、多くの場所に据付可能なコンパクト室内機を得ようとしたとき、空気調和機の省エネ性能には改善の余地が大きく残されている。また、コンパクト室内機はメンテナンス性や快適性も改善の余地がある。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、フィルタ清掃装置により、塵埃によるフィルタ目詰まりで生じる空調運転のエネルギーロスを防止するとともに、フィルタ清掃装置を室内機の側面と熱交換器の端部との間に配置しないことにより省エネ性能の悪化を防ぎ、かつ赤外線センサーの検出結果による吹出し温度制御により実使用時のエネルギーロスを低減することで、多くの場所に据付可能なコンパクト室内機の省エネ性能を向上させることを目的とし、ひいては地球温暖化の防止に貢献することを目的とするものである。

この発明に係る空気調和機の室内機は、送風機により吸い込まれた室内空気を熱交換する熱交換器と、前記熱交換器の空気流れの上流側に位置して、室内空気に含まれる塵埃を捕集するフィルタに付着した塵埃を除去するフィルタ清掃装置とを内設する空気調和機の室内機において、前記熱交換器は少なくとも前面熱交換器と背面熱交換器を有し、前記熱交換器の上方に面した室内機の天面側にのみ室内空気を流入する空気吸込口を備え、前記フィルタから除去した塵埃をためるダストボックスを前記前面熱交換器の上部で前記空気吸込口の近傍に配置して前記送風機と前記熱交換器とが最も近接する領域を流れる気流の流量を減らすとともに、前記ダストボックスと前記熱交換器との距離を広げて前記送風機の入力を抑えて、室内機の幅寸法が８００ｍｍ以下で構成されたものである。

この発明の空気調和機は、フィルタ清掃装置により、塵埃によるフィルタ目詰まりで生じるエネルギーロスを防止し、かつフィルタ清掃装置を室内機の側面と熱交換器の端部との間に配置しないことにより省エネ性能の悪化を防ぎ、さらに室内機に設けた赤外線センサーの検出結果による吹出し温度制御により実使用時のエネルギーロスを低減することで、多くの場所に据付可能なコンパクト室内機の省エネ性能を向上させることができ、地球温暖化の防止に貢献できるという効果を有する。

実施の形態１．
図１から図７はこの発明の実施の形態１における空気調和機を示す図で、図１は空気調和機の室内機の据付上面図、図２は住宅の壁面形態説明図、図３は空気調和機の室内機の断面図、図４は空気調和機の室内機の斜視図、図５はクロスフローファンの幅寸法および熱交換器の幅寸法と空気調和機のＡＰＦ改善率との関係を表した特性図、図６はダストボックス有無でのＮＺ音比較の騒音特性図、図７は吸込み温度のみで吹出し温度制御して暖房した場合と、赤外線センサーにより床温度を検知して体感温度で吹出し温度を制御しかつ人のいるエリアのみを暖房した場合の消費電力の差を示すグラフである。

現在、家庭内で使用される機器のなかで電力消費量として最も高いとされている空気調和機の省エネ化は、地球温暖化抑制として社会的な取り組みとなっている。特に、１台の壁掛け形の室内機と１台の室外機とを接続するセパレート型の形態のものは、家庭で使用する空気調和機の主流の形態であり、空気調和機の中でも省エネ法の規制値も高く、高い省エネ性を発揮する機器ほど大型化が進み、室内機の横幅や縦幅が増加する傾向がある。そして、省エネ性の高い機種は室内機の横幅が８７０ｍｍ〜８９０ｍｍのものが主流である。

一方で、近年の住宅環境は多様化しており、例えば和室の三尺間では、耐震性の要求の高まりから四寸柱を使用するケースも増加し、この場合は室内機を据付けることが可能なスペースの横幅は四寸柱間の幅寸法から約７８８ｍｍとなる。また、例えばリビングでは、インテリア性の要求から窓が大型になり、室内機の設置が可能な窓上スペースの縦幅が約３００ｍｍとなるケースが増加しており、室内機の設置スペースは縮小する傾向がある。さらにリビングとダイニングや台所との一体化により大部屋化が進み、部屋の壁面が少なくなりエアコンの設置可能箇所も少なくなってきている。

よって、省エネ性能の高い空気調和機の室内機は大型化が進み、一方で前記住宅環境から室内機の設置スペースは縮小する傾向があるため、横幅や縦幅の制約から省エネ性の高い室内機を据付けることができないケースが増加しつつあり、省エネ対応室内機の普及が進まないという問題がある。市場調査によれば、横幅８００ｍｍ以上の室内機の構成比が１８％なのに対して、横幅８００ｍｍ未満の室内機の構成比は８２％であり、横幅の大きい省エネ室内機の普及が進んでいないことがわかる。

図１において、１はこの発明の実施の形態１における壁掛け形の空気調和機の室内機、３２は意匠面となるグリル２の着脱機構、３１は室内機１を壁面４１へ据付けるための据付板、４１は和室の形態の三尺間の壁面、４２は和室の形態の三尺間の側壁、４３は和室の形態の三尺間の四寸柱、４６は和室の形態の三尺間の四寸柱間の幅、４７は室内機１と和室の形態の三尺間の側壁４２の間の寸法を示す。
四寸柱４３の幅は約１２１ｍｍであり、和室の形態の三尺間の四寸柱間の幅４６は約７８８ｍｍである。室内機１において壁面４１と据付板３１を介して接する面の横幅は７８８ｍｍ以下であり、壁面と接しない面、つまり室内機の横幅の最大寸法は８００ｍｍ以下である。室内機の正面側に設けたグリル２は着脱機構３２を用いることで着脱が可能である。

室内機の壁面４１と据付板３１を介して接する面の横幅を、７８８ｍｍ以下とすることで四寸柱の間の幅４６に設置することが可能となり、横幅７８８ｍｍ以上の機種と比べて格段に多くの場所に設置可能となる。壁面４１と据付板３１を介して接しない面の横幅、言い換えると室内機の最大横幅寸法は、８００ｍｍ以下とすることで、室内機１と和室の形態の三尺間の側壁４２の間の寸法４７を約５５ｍｍとすることができ、室内機１を据え付ける際に必要な隙間寸法を得ることができる。したがって、省エネ性能の高い室内機を最大横幅８００ｍｍ以下で、さらに室内機背面の壁面と据付板を介して接する面の横幅を７８８ｍｍ以下とする形状として提供することで、使用者は多くの場所に省エネ室内機を設置することが可能となり、省エネ室内機の普及が促進されるため、地球温暖化の防止に貢献することができる。

図２（ａ）において、４４は部屋の窓、４５は部屋の天井、４８は部屋の床である。図２（ｂ）に示すように、洋室の場合、天井高Ａが２４００ｍｍ、窓高Ｂが２０００ｍｍなので窓４４の上端と天井４５の間のＣ寸法は約４００ｍｍであるが、カーテンレールが約７０ｍｍ、室内機１の上面にある空気吸込口４と天井４５の間に必要となる吸込み空間は約３０ｍｍであるため、空気調和機の室内機１を据付けることができる高さ寸法は約３００ｍｍである。よって、この室内機１の高さ寸法を３００ｍｍ以下で構成することで大型窓を有した洋室の窓上への据付が可能となり、高さ寸法３００ｍｍ以上の室内機と比べて格段に多くの場所に設置可能となる。
したがって、省エネ性能の高い室内機を高さ寸法３００ｍｍ以下で提供することで、使用者は多くの場所に省エネ室内機を設置することが可能となり、省エネ室内機の普及が促進されるため、地球温暖化の防止に貢献することができる。

図３、図４において、１は室内空気を空調する空気調和機の室内機であり、室内機１を設置した室内に対向して正面上段側にグリル２とパネル３で覆われた空気吸込口４を設け、また、正面下段側に上下風向可変ベーン（上下風向制御手段）５２にてその開口の方向と大きさとを規制される空気吹出口５を設け、前記空気吸込口４から空気吹出口５に至る風路を形成している。前記風路には、途中に通過室内空気の異物を除去するフィルタ６と通過室内空気を熱交換する熱交換器７とクロスフローファン８が配置され、クロスフローファン８の上流側は前記熱交換器７で囲まれた空気の吸込風路を形成し、クロスフローファン８の下流側はノズル部９とボックス部１０で区画された吹出風路を形成している。なお、この熱交換器７は前面熱交換器７ａと背面熱交換器からなり、略逆Ｖ字形に設置されている。

このように構成された空気調和機においては、まず、電源が投入され、圧縮機（図示せず）が冷媒を圧縮して吐出すると、室内機１の熱交換器７に冷媒が流れ、クロスフローファン８が回転すると、熱交換器７の上方に面した空気吸込口４から吸い込まれた室内空気はフィルタ６を介して塵埃を除去したのち、熱交換器７に流れ、この熱交換器７の冷媒と熱交換された後、空気吹出口５から室内へ吹き出される。このとき、上下風向可変ベーン（上下風向制御手段）５２、左右風向可変ベーン（左右風向制御手段）５３の位置に応じた方向に空気が吹き出される。使用者は上下風向可変ベーン５２、左右風向可変ベーン５３の位置を手動もしくはリモコンにて設定することができる。また、室内の温度分布や人の位置を赤外線センサー５１で検出することにより、室内機が自動的に上下風向可変ベーン５２や左右風向可変ベーン５３の位置を決めることもできる。その後、室内空気は再び空気吸込口４から吸い込まれる。この一連の動作が繰り返されるので、その結果、室内空気は塵埃を除去され、また冷やされたり温められたりすることとなり、室内空気の空気質は変化する。

フィルタ６は、空気吸込口４と熱交換器７の間に設置されており、空気吸込口４から空気とともに流入した塵埃が熱交換器７へ侵入する前に回収するという機能を有している。フィルタ清掃装置２１は、フィルタ６を移動させる移動装置（図示せず）と、フィルタ６をブラシ２１ａに押し当てる加圧部２１ｃと、フィルタ６に付着した粉塵を回収するブラシ２１ａと、回収した粉塵を収納するダストボックス２１ｂと、ブラシ２１ａに回収された粉塵をはがしてダストボックス２１ｂに落とす掻き取り板２１ｄを有しており、定期的にフィルタ６に付着した粉塵を除去するので、室内機１の内部を清潔に保つとともに、使用者がフィルタ６を清掃する手間を省くことができる。さらに、フィルタ清掃装置２１により、フィルタ６に塵埃が堆積することを防ぐので、塵埃の堆積によりフィルタ６が目詰まりしてエネルギーロスが生じるのを防止することができる。このダストボックス２１ｂはフィルタ６の幅方向分の長さで所定の埃等の収納空間を有し、抗菌処置と防カビ処置を施しているので、回収した粉塵に菌やカビが繁殖することを防ぐことができる。また、フィルタ清掃装置２１は、前面熱交換器７ａよりも空気流れの上流側に配置することで、熱交換器７のフィン積み方向端部と、室内機１の側面の間にはフィルタ清掃装置２１を配置しない構成としたので、フィルタ清掃装置２１により熱交換器７やクロスフローファン８の幅が小さくなることがなく、高い省エネ性能を発揮することができる。

図５に、クロスフローファンの幅寸法、熱交換器の幅寸法と空気調和機のＡＰＦとの関係を表したグラフを示す。横軸にクロスフローファン幅・熱交換器幅の増加量［ｍｍ］、縦軸に空気調和機におけるＡＰＦの改善率［％］をとっている。ここで、ＡＰＦ（ＡｎｎｕａｌＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＦａｃｔｏｒ）：通年エネルギー消費効率である。従来機種の排気装置（フィルタ清掃装置の一部）は幅寸法が３０〜４０ｍｍであるので、本実施の形態における空気調和機の室内機１は従来機種よりもクロスフローファン８の幅と熱交換器７の幅を３０〜４０ｍｍ程度大きくすることができるため、図５に示すように、ＡＰＦを１．２〜１．６％程度向上させることができる。また、空気吸込口４の近傍にダストボックス２１ｂを配置することによりファンモータ入力が悪化する可能性があるが、これもダストボックス２１ｂと熱交換器７の距離を広げることにより、悪化を最小限に抑えることが可能であり、排気装置によるＡＰＦ悪化分と比較すれば、ダストボックス２１ｂはＡＰＦへの影響が小さい。したがって、熱交換器７の端部と室内機１の側面の間にフィルタ清掃装置２１を配置するより、熱交換器７の上流側にフィルタ清掃装置２１を配置したほうが、省エネ性能は高いことがわかる。

なお、フィルタ６上の塵埃を除去してダストボックス２１ｂに溜める方式については、熱交換器７のフィン積み方向の端部と室内機１の側面の間にフィルタ清掃装置２１を配置しない方式であれば、他の方式でも省エネに関する効果は同様である。具体的には、ダストボックスの天面側と下面側にそれぞれフィルタを設ける方式、フィルタ清掃機構が鉛直方向に長く構成されフィルタが左右に移動する方式、ダストボックスが可動する方式、などである。特に、図３のような方式でダストボックス２１ｂを前面熱交換器７ａの上部近傍に配置すると、クロスフローファン８と熱交換器７が最も近接する領域Ａを流れる気流の流量を減らすことができ、ＮＺ音のレベルを下げる効果がある。前面側熱交換器上部の近傍にダストボックスを設けた仕様（ａ）と、ダストボックスが無い仕様（ｂ）のＮＺ音を比較した騒音特性図を図６に示す。ダストボックスを設けたほうが、聴感上良好であることがわかる。

さらに、室内機１の前面下部には赤外線センサー５１が設けられ、赤外線を検知する赤外線検知部を備えている。赤外線センサー５１は、左右方向に回転可能に構成されていて、所定角度の範囲内を、所定の速度で往復運動して、部屋全体の床などの温度を検出し、細分化した温度分布を検出する。また、熱画像データの差分演算を用いることで、床面の温度分布を検出することとともに、人の存在の有無や、存在位置も検出する。また、使用者がリモコンを操作して、空調したい、吹出し気流を送ってほしいエリアを選択すると、室内機１は指定したエリアに吹出し気流を送るように風向・風速の初期値を設定して実行し、体感温度と設定温度との差が所定値以内になるまで続ける。赤外線センサー５１は、指定エリアまたは人存在エリアの床温度を検出し、床温度の最大値と最小値の差を算出する。このエリアの床温度の最大値と最小値の差がしきい値を超えた場合は、しきい値以下になるように、室内機１は風向または風速の補正を行う。以上のように、空調エリアを細分割し、それらのエリア毎に床温度を検知して、部屋全体の温度ムラを見つけ、さらに、リモコンによる空調したいエリア指定に対応した床温度による空調ができるので、使用者の要求を満たした快適性を維持しつつ、省エネ運転が可能となる。

図７は、室内機１に搭載した赤外線センサー５１により床温度を検出し人がいるエリアのみを暖房した場合と、エアコンの吸い込み温度のみを検知して運転している従来の暖房とを比較したグラフである。縦軸に消費電力［Ｗｈ］、横軸に時間［ｈｒ］をとり、点線が従来の空気調和機で吸い込み温度のみを検知して運転した暖房の特性データ、実線が赤外線センサーにより床温度を検知して体感温度で吹出し温度を制御し、かつ人のいるエリアのみを暖房運転した特性データを示している。本実施の形態のように、床温度を検出し人がいるエリアのみだけを暖房すると、従来の暖房に比べて約４０％消費電力を低減できる。また、赤外線センサーにより人のいるエリアを自動で検知することもできるので、リモコン操作をせずに自動で人のいるエリアのみを空調することもでき、使用者が操作しなくてもいつでも省エネが維持できる。

さらに、前記赤外線センサーから得られる熱画像データの差分演算により室内の人体の有無を検出し、室内に人が不在と判断した場合には、空気調和機の設定温度を緩める制御、例えば、暖房運転なら設定温度より低めに制御し、冷房運転では設定温度より高めに制御することで、消費電力を低減する運転が可能となる。また、別の方法として、室内に人が不在と判断した場合に、空気調和機の運転を一時的に止める制御を行うことで、同様に消費電力を低減することが可能となる。

空気調和機の空調（冷凍）能力は、クロスフローファン８による風量と、圧縮機の運転周波数によって制御される。リモコンでの設定温度に対して、室内機１の吸込み温度が離れるほど、クロスフローファン８の風量と圧縮機の運転周波数とを上げて空調能力を上げる。また、リモコンでの設定温度に、室内機１の吸込み温度が近づくほど、クロスフローファン８の風量と圧縮機の運転周波数とを下げて空調能力を下げる。室内機１の吸い込み温度Ｔａと赤外線センサー５１により検出された床温度Ｔｆから算出される体感温度Ｔｔは、次式で計算される。
Ｔｔ＝Ｔａ＋α（Ｔａ−Ｔｆ）・・・（１）
ここで、αは定数である。

（１）式で算出される体感温度は、室温より床温度が高いと体感温度は上昇し、室温より床温度が低いと体感温度は低下する。また、定数αは体感温度に対する床温度の寄与度を表すものであり、一般的に０．５前後の値である。また、体感温度を算出する床温度は、使用者によりリモコンで指定されたエリア、もしくは赤外線センサーにて人がいると検知されたエリアの床温度の平均値を用いる。そして、この床温度を考慮して算出された体感温度で空気調和機の能力を制御することにより、快適性が向上し、かつ省エネ運転が可能になる。

以上のように、本発明の空気調和機の室内機は、フィルタ６に付着した塵埃を除去するフィルタ清掃装置を内設して、その除去した塵埃を溜めるダストボックスを熱交換器の空気流れ上流側に配置し、かつ可動式の赤外線センサーを備え、室内機の幅寸法が８００ｍｍ以下で構成されるため、塵埃によるフィルタ目詰まりで生じるエネルギーロスを防止し、かつフィルタ清掃装置を室内機の側面と熱交換器の端部との間に配置しないことにより省エネ性能の悪化を防ぎ、かつ赤外線センサーの検出結果による吹出し温度制御により実使用時のエネルギーロスを低減することで、多くの場所に据付可能なコンパクト室内機の省エネ性能を向上させることができ、地球温暖化の防止に貢献できる。

実施の形態２．
図８は、この発明の実施の形態２における空気調和機を示す図で、空気調和機の室内機の断面図である。
図８において、排気装置２２が室内機１の背面に配置され、室内機に内設された塵埃除去装置でブラシによってフィルタ上からはがされた塵埃をこの排気装置２２によって屋外に排出する構成となっている。排気装置２２が室内機１の背面に配置され、排気装置の幅寸法および高さ寸法が室内機背面形状以内に収まるように構成されているので、排気装置２２の配置スペース確保のために熱交換器７の幅寸法やクロスフローファン８の幅寸法を小さくする必要がない。したがって、実施の形態１と同様の理由から、この形態の室内機も高い省エネ性能を発揮することができる。

また、排気装置２２により塵埃を屋外に排出するので、ダストボックス２１ｂの容量を小さくする、もしくはダストボックスを省略することができ、室内機１をコンパクトにできる。なお、ここでは、フィルタが可動してブラシにより塵埃を除去する方式であるが、他の方法を用いて塵埃を除去しても、排気装置がユニット背面に配置されていれば同様の効果が得られる。また、ダストボックスが可動してフィルタ上を動くことにより、フィルタ上のホコリをダストボックス内に移動させても良い。

以上のように、フィルタに付着した塵埃を除去するフィルタ清掃装置を内設して、除去した塵埃を屋外に排出する排気装置を室内機の背面に配置するとともに可動式の赤外線センサーを備え、室内機の幅寸法が８００ｍｍ以下で構成されるため、塵埃によるフィルタ目詰まりで生じるエネルギーロスを防止し、かつフィルタ清掃装置を室内機の側面と熱交換器の端部との間に配置しないことにより省エネ性能の悪化を防ぎ、かつ赤外線センサーの検出結果による吹出し温度制御により実使用時のエネルギーロスを低減することで、多くの場所に据付可能なコンパクト室内機の省エネ性能を向上させることができ、地球温暖化の防止に貢献できる。

この発明の実施の形態１における空気調和機の室内機の据付上面図である。この発明の実施の形態１に係り、住宅の壁面形態説明図である。この発明の実施の形態１における空気調和機の室内機の断面図である。この発明の実施の形態１における空気調和機の室内機の斜視図である。この発明の実施の形態１における空気調和機の、クロスフローファンの幅寸法及び熱交換器の幅寸法とＡＰＦ改善率との関係を表した特性図である。この発明の実施の形態１における空気調和機の前面熱交換器上部近傍でのダストボックス有無による比較の騒音特性図である。この発明の実施の形態１における空気調和機の吸込み温度のみで吹出し温度制御して暖房した場合と、赤外線センサーにより床温度を検知して体感温度で吹出し温度を制御しかつ人のいるエリアのみを暖房した場合の、消費電力の差を示すグラフである。この発明の実施の形態２における空気調和機の室内機の断面図である。

符号の説明

１空気調和機の室内機、２グリル、３パネル、４空気吸込口、５空気吹出口、６フィルタ、７熱交換器、７ａ前面熱交換器、８クロスフローファン、９ノズル部、１０ボックス部、２１フィルタ清掃装置、２１ａブラシ、２１ｂダストボックス、２１ｃ加圧部、２１ｄ掻き取り板、２２排気装置、２３排気装置を流れる気流の方向、３１据付板、３２グリルの着脱機構、４１和室の三尺間の壁面、４２和室の三尺間の側壁、４３和室の三尺間の四寸柱、４４部屋の窓、４５部屋の天井、４６三尺間の四寸柱間の幅、４７室内機と側壁の間の寸法、５１赤外線センサー、５２上下風向可変ベーン、５３左右風向可変ベーン。

Claims

送風機により吸い込まれた室内空気を熱交換する熱交換器と、前記熱交換器の空気流れの上流側に位置して、室内空気に含まれる塵埃を捕集するフィルタに付着した塵埃を除去するフィルタ清掃装置とを内設する空気調和機の室内機において、前記熱交換器は少なくとも前面熱交換器と背面熱交換器を有し、前記熱交換器の上方に面した室内機の天面側にのみ室内空気を流入する空気吸込口を備え、前記フィルタから除去した塵埃をためるダストボックスを前記前面熱交換器の上部で前記空気吸込口の近傍に配置して前記送風機と前記熱交換器とが最も近接する領域を流れる気流の流量を減らすとともに、前記ダストボックスと前記熱交換器との距離を広げて前記送風機の入力を抑えて、室内機の幅寸法が８００ｍｍ以下で構成されたことを特徴とする空気調和機の室内機。
前記ダストボックスを、前記前面熱交換器の前方に位置して室内機正面の意匠面となるグリルに接するように配置し、グリルとダストボックスの間を塞いだことを特徴とする請求項１記載の空気調和機の室内機。