JP5219588B2 - 空気調和機のフィルタ自動清掃装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和機のフィルタ自動清掃装置、特に清掃機構部の清掃および交換等のメンテナンス時期の検出に関する。

空気調和機には、一般に吸入口から熱交換器の間にフィルタが取り付けられ、空気調和機内部に塵埃が流入するのを防止するようになっている。

ところで、空気調和機は、空調対象空間の上部に取り付けられることが多く、フィルタの清掃メンテナンスが行われ難いため、圧力損失の増大により送風機入力が上昇したり、空調効率が低下したりすることがある。

そこで、フィルタの定期的な清掃の煩わしさを解消し、常に良好な送風状態を確保するとともに、安全性、信頼性の高い空気調和機のフィルタ装置及びフィルタ装置を得るための制御方法として、フィルタ上を非接触で可動なノズル装置を設けて、フィルタに付着した塵埃を吸い取ることができるようにするとともに、ノズル装置の移動にかかる時間やノズル装置を移動させる駆動モータに流れる電流の大小によりモータ負荷が異常に大きくなったことを検出して、故障等の自己診断を行うものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、フィルタに付着した埃を自動的に掻き取り捕集できるようにした空気清浄機に関し、掃除手段によりメインフィルタの掃除を行った後も、送風機用電動機の電流値を検出し、検出値が閾値を外れている場合はプリフィルタの掃除の必要性を報知手段により報知するものや、又、検出値が閾値から外れるとメインフィルタの掃除を開始するものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００６−２６５４１号公報（図１、図８） 特開２００７−２３７０９１号公報（図１８、図１９）

しかしながら、業務用空気調和機の場合、埃や油量の多い環境に設置されることも度々あり、このような場合には、フィルタに付着した油分を含んだ塵埃は、その塵埃を掻き取る側であるブラシ等の清掃部に徐々に付着し、フィルタの清掃効率が低下するばかりでなく、雑菌等の繁殖床となり不衛生である問題があった。

このような油分を含んだ塵埃のブラシ等の清掃部への付着による清掃効率の低下の問題は、前述の吸引ノズル装置を非接触で移動させる駆動モータの電流値や送風機用電動機の電流値には現れないため、それらの手法によって解決できるものではなかった。

本発明の技術的課題は、このような清掃部の汚れによる機能低下を自動的に検出し、空気調和機のユーザあるいはメンテナンス業者にメンテナンスが必要であることを知らせることができるようにすることにある。

本発明に係る空気調和機のフィルタ自動清掃装置は、空気吸込口から吸込まれる空気中の塵埃を捕集するフィルタと、フィルタに付着した塵埃をこのフィルタに接触して掻き取る回転体からなる塵埃掻き取り手段を有する清掃機構と、フィルタと清掃機構を相対移動させるための駆動力を付与する第１モータと、回転体を駆動する第２モータと、第１モータまたは第２モータの少なくとも一方の駆動電流値を検出する電流検出手段と、使用初期における駆動電流値の＋１０％の値に設定された下側の閾値とモータロック電流値の−１０％に設定された上側の閾値とでなる２段階の閾値を有し、下側の閾値を越えたら第２モータによる逆回転の延命措置を行わせ、また延命状態であることを報知させ、上側の閾値を越えたら異常を報知させる制御装置と、を備えるものである。

本発明の空気調和機のフィルタ自動清掃装置においては、フィルタと清掃機構を相対移動させるための駆動力を付与する第１モータや回転体を駆動する第２モータの駆動電流値からフィルタの清掃効率の低下を検出することができ、これをユーザあるいはメンテナンス業者に知らせ、メンテナンスを促すことによって、清掃効率の低下によるフィルタの目詰りを未然に防ぐことができ、かつ塵埃、油分等の付着によるフィルタ清掃部位での雑菌の繁殖を回避することができる。

以下、図示実施形態により本発明を説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る空気調和機の室内機の外観を下方より示す斜視図、図２はその空気調和機の内部構成を示す縦断面図、図３はそのフィルタ自動清掃装置における塵埃掻き取り部周辺の構成を示す斜視図、図４はモータ駆動電流検出器の構成例を示す回路図、図５は塵埃掻き取り部の汚染度（駆動電流値の変化）を示すグラフであり、フィルタ駆動用モータ、あるいは回転体からなる塵埃掻き取り手段駆動用モータの駆動電流を縦軸にとり、清掃運転回数を横軸にとったものである。

本実施形態の空気調和機は、図１及び図２のように空調機本体１が空調対象空間上部に吊り下げ設置されるようになっている。空調機本体１内の下部には、フィルタ自動清掃装置のユニット２が取り付けられ、さらにその下部に化粧パネル３が取り付けられている。また、空調機本体１内の中央天面には、送風機駆動用の電動機４が取り付けられ、その回転軸に送風機５が取り付けられている。送風機５の吹出し側には、空気と冷媒との間で熱交換を行う熱交換器６が配置され、熱交換器６の下方には、冷房運転時に空気が冷やされることによって発生する凝縮水を受けるドレンパン６ａが配置されている。ドレンパン６ａの周囲は、熱交換された空気が通過する風路７となっているとともに、ユニット２内のフィルタ自動清掃装置１１周辺にも同様に風路７が形成されるようになっている。

化粧パネル３は、その周縁部に、ドレンパン６ａの風路７と連通する吹出口８が形成され、この吹出口８に、吹出し方向を制御する風向ベーン９が設けられている。また、化粧パネル３の中央には、吸込口１０が形成され、その上方に図３のようにフィルタ１５およびこのフィルタ１５を自動的に清掃するフィルタ自動清掃装置１１が配置され、さらにその上方に吸込んだ空気を送風機５へと導くベルマウス１２が設置されている。

フィルタ１５は、図３のようにエラストマなどの可撓性の高い材料で構成された所定の幅と長さを持つ枠部１５ａと、空気が流通するとともに塵埃を捕集できる大きさの網目状に形成され、枠部１５ａに規則的（マトリックス状）に配置された濾過部１５ｂとで構成され、ガイド１４ａ上に載置されるようになっている。また、フィルタ１５の枠部１５ａには、フィルタ移動方向（図中に矢印で示す）に平行な２辺（両側縁部）に図示しないタイミングベルト状の歯部（又は一定間隔毎に開けた穴）が形成されている。

フィルタ１５の一端側には、フィルタ移動方向と垂直な方向に回転軸を持ち、その両端に、フィルタ１５の歯部と噛み合い、フィルタ１５を駆動する歯車（又はスプロケット）１６ａを有する円筒状のドラム１６と、フィルタ１５をドラム１６にＵ字状に掛け回せるようにフィルタ１５を案内して、フィルタ１５のドラム１６からの浮き上がりを防止し、方向転換させるガイド１４ｂが設けられている。

また、ドラム１６と同じ方向に回転軸を持ち、ドラム１６にＵ字状に掛け回されたフィルタ１５と毛先が干渉するように配置され、例えば筒状の軸に毛足１５mm程度の植毛テープを螺旋状に巻きつけて構成された回転体からなる塵埃掻き取り手段すなわちブラシ１７と、その下部には透明樹脂で成形され外部から塵埃を視認できるように構成されたダストボックス１９と、ブラシ１７の毛を梳くように配置した櫛形部１８とが設けられ、さらにドラム１６とブラシ１７それぞれの軸の一端に、ギアボックス２１と、ドラム１６駆動用のモータ（第１モータ）２０ａ、及びブラシ１７駆動用のモータ（第２モータ）２０ｂが設置されている。前記ドラム１６とブラシ１７により清掃機構が構成されている。なお、第１及び第２モータ２０ａ，２０ｂは同じものを使用するとシステムを単純化しやすく、また安価に構成することができる。また、塵埃掻き取り手段におけるフィルタ接触部をここでは植毛としているが、このフィルタ接触部はヘラ状に形成してもよく、この場合にはメンテナンス時の塵埃掻き取り手段の洗浄が容易となる。

第１及び第２モータ２０ａ，２０ｂは、図４のように制御基板２３へ接続されている。また制御基板２３には、これらモータ２０ａ，２０ｂの駆動電流検出部と、報知手段すなわち表示部２４が接続されている。駆動電流検出は、例えばシャント抵抗２２を第１モータ２０ａ又は第２モータ２０ｂと直列に接続し、抵抗の端子間電圧を検出することにより行われる。

なお、図４にはドラム１６駆動用の第１モータ２０ａのみの駆動電流検出回路を示しているが、第１及び第２モータ２０ａ，２０ｂ両方の駆動電流を検出する場合には、第２モータ２０ｂの駆動電流検出回路、つまり第２モータ２０ｂとシャント抵抗２２のセットが追加されることは言うまでもない。

次に、本実施形態の空気調和機の動作について図１乃至図５に基づき説明する。

空気調和機の通常空調運転時、フィルタ１５は、その両側縁部の歯部の一端側がフィルタ自動清掃装置１１のドラム１６側の歯車１６ａと噛み合った状態で図２のような位置に停止している。空気調和機が運転されると、電動機４により送風機５が回転し、空調対象空間内の空気は空気調和機内に取り込まれる。その際、吸込み気流は、化粧パネル３の吸込口１０を通り、フィルタ１５を通り、ベルマウス１２を通り、送風機５内部を通過して熱交換器６へ吹き付けられ、冷媒と熱交換され、ドレンパン６ａ、ユニット２で形成される風路７を通過し、化粧パネル３の吹出口８から再び空調対象空間へ吹き出される。フィルタ１５では、吸込まれた空気に含まれる塵埃を熱交換器６に持ち込ませないように捕集する。捕集された塵埃は徐々にフィルタ１５を目詰りさせ圧力損失を増大させるため、フィルタ自動清掃装置１１により定期的にフィルタ１５に付着した塵埃を掻き取る運転が行われる。

フィルタ自動清掃運転は、ドラム１６の駆動モータすなわち第１モータ２０ａを駆動することにより行われる。これにより、ドラム１６が図３中に矢印で示す方向（時計回り）に回転し、ドラム１６の歯車１６ａで動力伝達されたフィルタ１５はガイド１４ａ，１４ｂに案内されて、先端側がドラム１６の周囲を移動する。ドラム１６近傍でフィルタ１５と干渉し接触する位置にはブラシ１７が設けられているため、このブラシ１７の毛先はフィルタ１５に付着した塵埃を掻き取り、掻き取られた塵埃の一部はダストボックス１９へ落ち、また一部はブラシ１７に付着する。このブラシ１７に付着した塵埃をダストボックス１９内へ落とすため、第２モータ２０ｂを駆動し、ブラシ１７をドラム１６と同じ時計回りに回転させる。これにより、ブラシ１７に付着していた塵埃の一部は、櫛形部１８によって稲穂が千歯式脱穀機で脱穀される如くダストボックス１９へ落ち、また一部はブラシ１７に堆積する。

このようなフィルタ自動清掃運転を行う際、駆動される第１モータ２０ａ又は第２モータ２０ｂの駆動電流は、制御基板２３に備えられた電流検出部により検出され、この検出値が閾値以上であればメンテナンス時期であるとして、その旨を表示部２４に表示することで報知する。駆動電流の検出は、既述したように第１モータ２０ａ又は第２モータ２０ｂに対して直列に接続されたシャント抵抗２２によって行う。第１モータ２０ａ又は第２モータ２０ｂに流れる電流と、シャント抵抗２２に流れる電流は同じであり、純抵抗であるシャント抵抗２２はオームの法則に従った電位差を端子間に生じるため、この電位差を入力として制御基板２３上で扱う。

メンテナンス時期を知らせる閾値の決定は以下のように行う。すなわち、埃や油量の多い環境に設置される空気調和機においては、フィルタ１５に付着する塵埃には油分が含まれており、清掃運転を繰り返すうちにこの油分はブラシ１７にも堆積するようになり、また調理油のように一度過熱された油は劣化し、酸化が進むにつれて粘度が高くなるため、ブラシ１７とフィルタ１５との摩擦力が高くなり、第１モータ２０ａ又は第２モータ２０ｂの必要トルクが上昇し、駆動電流値が上昇する。この駆動電流値の変化を示したものが図５である。フィルタ１５、ブラシ１７が新しい初期の頃（領域ａ）には、塵埃、油分の付着は徐々に進むものの、油分の粘性はまだそれほど高くない。酸化が進み、粘性が高くなってくると、ダストボックス１９に落ちずにブラシ１７に付着したままとなる塵埃量も多くなり、駆動電流値は相乗的に高くなる（領域ｂ）。そして、塵埃、油分の保持量の限界を迎えて、駆動電流値は高いところで安定するようになる（領域ｃ）。

フィルタ１５の清掃効率の低下を防ぎ、衛生的に保つには、領域ａを過ぎたところでメンテナンスを促すように表示することが望ましい。この値は第１モータ２０ａ、第２モータ２０ｂ、フィルタ１５、ブラシ１７の種類により異なるため実験により求めて決定する必要があるが、本発明者等による種々の実験の結果、概ね初期の電流値の＋１０％程度であることが判明している。

また、閾値を複数設定し、閾値によって報知内容を異ならせて、例えば塵埃や油分によるブラシ１７の汚染の度合いを知らせるようにしてもよい。すなわち、領域ａと領域ｂの境付近で、第１の報知を行い、領域ｂに入ると、ブラシ１７に付着した塵埃や油分は櫛形部１８を避けるような位置に溜まるため、メンテナンス時期が近いことを知らせるとともに、ブラシ１７を図中矢印方向の逆方向（反時計回り）に回転させてブラシ１７に付着した前記のような塵埃や油分を落とすように試みる延命措置を図る。そして、領域ｃに入るとメンテナンスが必要であることを知らせる異常報知を行うようにする。領域ｃの閾値はモータのロック電流値の−１０％程度に設定すればよい。

以上のように、本実施形態においては、フィルタ１５を駆動する第１モータ２０ａの駆動電流、又はブラシ１７を駆動する第２モータ２０ｂの駆動電流を検出し、フィルタ清掃の効率が低下を始める段階でメンテナンスの必要性を知らせるようにしているため、常にフィルタ１５を目詰り無く保つことができ、空調効率の低下を防止し、また長期使用可能な空気調和機が得られる。このため、エネルギ使用量の削減が可能である。また、フィルタ自動清掃装置１１内の雑菌の繁殖や、異臭の発生を防ぐことができ、アレルゲンなどによる居住空間の環境悪化を回避できる。また、第１モータ２０ａ又は第２モータ２０ｂがロックするような故障の検出も可能で、このような場合にもメンテナンスの必要性を報知することができるため、製品の安全性、信頼性の向上にも役立てることができる。

なお、ここではフィルタ１５と清掃機構（ドラム１６とブラシ１７）を相対移動させるのに、フィルタ１５側を移動させるようにしたものを例に挙げて説明したが、これを清掃機構側を移動させたり、フィルタ１５と清掃機構の双方を移動させるように構成しても良い。

また、ここではモータ駆動電流の検出は、フィルタ１５を駆動する第１モータ２０ａ、又はブラシ１７を駆動する第２モータ２０ｂのどちらでもよいとしたものを例に挙げて説明したが、第１モータ２０ａと第２モータ２０ｂの両方の駆動電流を検出するように構成しても良く、この場合は、駆動電流の検出精度が向上する。また、いずれか一方のモータのみの駆動電流を検出する場合、ブラシ１７を駆動する第２モータ２０ｂの駆動電流を検出するように構成すれば、ブラシ１７と櫛形部１８の摩擦によるトルク増加も検出することができ、精度良くブラシ１７の汚れを検出することができる。また、フィルタ１５を駆動する第１モータ２０ａのみの駆動電流を検出する構成とした場合は、ブラシ１７は回転しない固定方式としてもよい。

本発明の一実施形態に係る空気調和機の室内機の外観を下方より示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る空気調和機の内部構成を示す縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る空気調和機のフィルタ自動清掃装置における塵埃掻き取り部周辺の構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る空気調和機のモータ駆動電流検出器の構成例を示す回路図である。 本発明の一実施形態に係る空気調和機の塵埃掻き取り部の汚染度（駆動電流値の変化）を示すグラフである。

符号の説明

１０ 吸込口、１１ フィルタ自動清掃装置、１５ フィルタ、１６ ドラム（清掃機構）、１７ ブラシ（清掃機構の塵埃掻き取り手段）、２０ａ 第１モータ、２０ｂ 第２モータ、２２ シャント抵抗（電流検出手段）、２３ 制御基板（制御装置）、２４ 表示部（報知手段）。

Claims (3)

1. 空気吸込口から吸込まれる空気中の塵埃を捕集するフィルタと、
   前記フィルタに付着した塵埃を該フィルタに接触して掻き取る回転体からなる塵埃掻き取り手段を有する清掃機構と、
   前記フィルタと前記清掃機構を相対移動させるための駆動力を付与する第１モータと、
   前記回転体を駆動する第２モータと、
   前記第１モータまたは前記第２モータの少なくとも一方の駆動電流値を検出する電流検出手段と、
   使用初期における駆動電流値の＋１０％の値に設定された下側の閾値とモータロック電流値の−１０％に設定された上側の閾値とでなる２段階の閾値を有し、下側の閾値を越えたら前記第２モータによる逆回転の延命措置を行わせ、また延命状態であることを報知させ、上側の閾値を越えたら異常を報知させる制御装置と、
   を備えることを特徴とする空気調和機のフィルタ自動清掃装置。
2. シャント抵抗をモータと直列に接続し、シャント抵抗の端子間電圧を検出することにより駆動電流を検出することを特徴とする請求項１記載の空気調和機のフィルタ自動清掃装置。
3. 塵埃掻き取り手段におけるフィルタ接触部がヘラ状に形成されてなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の空気調和機のフィルタ自動清掃装置。

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