JP6109545B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、エアフィルタが目詰まりしているか否か検知するフィルタ目詰まり検知装置を備えている空気調和機に関するものである。

空気調和機では、空気吸込み口の下流側にエアフィルタを設置し、吸込み空気中に含まれる塵埃を除去するようにしている。このエアフィルタにより除去した塵埃がその表面に堆積し、通風抵抗が増大すると、室内ファンの消費電力が増加することから、空気調和機の運転時間を積算し、その積算時間が設定時間に達したとき、エアフィルタの清掃サインを出力するようにしていた。しかし、かかる仕様では、エアフィルタの目詰まりが進行しているにも拘らず、運転時間が設定時間に到達するまで、清掃サインが出力されない場合がある等の問題があった。

そこで、特許文献１には、室内ファンを駆動するＤＣファンモータに対するモータ供給電圧と、そのモータ供給電圧によって得られるファン回転数を無負荷状態で得るために必要なＤＣファンモータに対する供給基準電圧とを比較し、その差分値が所定値よりも小さいとき、エアフィルタの交換時期と判定するようにしたものが開示されている。

また、特許文献２には、吸込み空気温度センサにより検出した吸込み空気温度と、ＤＣファンモータの回転数検出手段により検出した回転数と、ＤＣファンモータに駆動電圧を印加するモータ駆動電圧印加手段からのモータ駆動印加電圧とを用い、多変量空間における相関を考慮して算出したマハラノビスの距離により、エアフィルタの汚れが正常か異常かで目詰まり状態を判定するようにしたものが開示されている。

特許第２９８５７５４号公報 特許第３９７２７２３号公報

上記特許文献１，２に示されたものは、ＤＣファンモータに印加する印加電圧（モータ供給電圧）に基づいてエアフィルタの目詰まりを判定するようにしているため、運転時間の積算値を用いたものに比べ、より適切な時期にエアフィルタの目詰まりを検知し、エアフィルタの清掃サインを出力することができる。しかしながら、ＤＣファンモータへの印加電圧を検知するようにしたものでは、マイコン等からの回転制御値をインターフェース回路や駆動回路等で変換した印加電圧を検知する構成のため、回路部品の誤差や製造バラツキ、ユニットの設置状況（熱等）等の影響を受け易く、エアフィルタの目詰まりを高精度で検知することができないだけでなく、印加電圧を検知するための回路が必要となる等の課題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、エアフィルタの目詰まりを高精度で検知し、最適な時期にエアフィルタの清掃サインを警報手段やフィルタ自動清掃機構等に対して出力することができるフィルタ目詰まり検知装置を備えた空気調和機を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明の空気調和機は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる空気調和機は、室内空気の吸込み口から吹出し口に至る空気流路中に、エアフィルタ、室内熱交換器およびＤＣファンモータで駆動される室内ファンが設置され、前記ＤＣファンモータの回転数が室内コントローラを介して目標回転数となるようにフィードバック制御される空気調和機において、前記ＤＣファンモータへの前記室内コントローラからの回転制御値を検知する検知手段と、基準値の決定制御時、前記ＤＣファンモータを前記目標回転数とする過程において所定回転数を一定時間維持する際の回転制御値を検知し、その値を前記基準値として記憶する記億手段と、通常の空調運転時に、前記ＤＣファンモータを前記目標回転数とする過程において前記所定回転数を維持するように一定時間運転させ、その時の回転制御値を前記基準値と比較し、両者の差が閾値を超えているとき、前記エアフィルタを目詰まりと判定する判定手段とからなるフィルタ目詰まり検知手段を備えていることを特徴とする。

空気調和機の室内ファンは、指令された回転数を維持するためにフィードバック制御されている。従って、エアフィルタが目詰まりを起こすことにより静圧が変化すると、回転数を一定に保つため、コントローラ側から出力される回転制御値も変化する。本発明によれば、このＤＣファンモータへの室内コントローラからの回転制御値を検知する検知手段を設け、該検知手段により、基準値の決定制御時、ＤＣファンモータを所定回転数とするための回転制御値を検知し、その値を基準値として記億手段に記億しておき、通常の空調運転時に、ＤＣファンモータを一定時間だけ所定回転数で運転させ、その時、検知手段によって検知された回転制御値を基準値と比較し、両者の差が閾値を超えておれば、エアフィルタが目詰まりを起こしていると判定することができる。従って、フィルタが目詰まりしているか否かを、室内コントローラのマイコンから出力される回転制御値を用いて直に判定することができ、エアフィルタの目詰まりを高精度で検知し、最適な時期にエアフィルタに対して清掃サインを出力することができるようになる。

さらに、本発明の空気調和機は、上記の空気調和機において、前記フィルタ目詰まり検知手段は、前記エアフィルタの目詰まりを表示する警報手段および／またはフィルタ自動清掃機構にエアフィルタの清掃信号を出力する出力手段を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、フィルタ目詰まり検知手段が、エアフィルタの目詰まりを表示する警報手段および／またはフィルタ自動清掃機構にエアフィルタの清掃信号を出力する出力手段を備えているため、フィルタ目詰まり検知手段によって高精度で検知されたエアフィルタの目詰まり情報を、エアフィルタの清掃信号として出力手段により警報手段および／またはフィルタ自動清掃機構に出力し、警報手段やフィルタ自動清掃機構等を動作させることができる。従って、適正な時期にエアフィルタを清掃し、エアフィルタの目詰まりを解消することにより、室内ファンの消費電力の増加等を抑えることができる。

さらに、本発明の空気調和機は、上述のいずれかの空気調和機において、前記基準値の決定制御は、工場からの出荷時または試運転時に実施され、前記基準値が前記記億手段に記億される構成とされていることを特徴とする。

本発明によれば、基準値の決定制御が、工場からの出荷時または試運転時に実施され、基準値が記億手段に記億される構成とされているため、エアフィルタの目詰まり検知に用いる基準値を、通常の空調運転を開始する前の試運転時や、工場からの出荷時等に実施される基準値の決定制御時に、適正に記憶させることができる。従って、通常の空調運転時に、その基準値に基づいて、エアフィルタの目詰まりの有無を高精度で検知することができる。

本発明によると、基準値の決定制御時、検知手段によりＤＣファンモータを所定回転数とするための回転制御値を検知し、その値を基準値として記億手段に記億しておき、通常の空調運転時に、ＤＣファンモータを一定時間だけ所定回転数で運転させ、その時、検知手段によって検知された回転制御値を基準値と比較し、両者の差が閾値を超えておれば、エアフィルタが目詰まりを起こしていると判定することができるため、フィルタが目詰まりを起こしているか否かを、室内コントローラのマイコンから出力される回転制御値を用いて直に判定することができ、エアフィルタの目詰まりを高精度で検知し、最適な時期にエアフィルタに対して清掃サインを出力することができるようになる。

本発明の一実施形態に係る空気調和機の代表例（Ａ），（Ｂ）の概略構成図である。 図１に示す空気調和機の室内ファンを駆動するＤＣファンモータの制御回路図である。 図２に示すＤＣファンモータの基準値の決定制御時（Ａ）と、フィルタ目詰まり検知制御時（通常運転時）（Ｂ）の動作説明図である。

以下に、本発明の一実施形態について、図１ないし図３を参照して説明する。
図１には、本発明の一実施形態に係る空気調和機の代表例（Ａ），（Ｂ）の概略構成図が示されており、図２には、その室内ファンを駆動するＤＣファンモータの制御回路図が示されている。
図１（Ａ）には、天埋め形の空気調和機１が示されている。この空気調和機１は、下部が開口されたキャビネット２と、このキャビネット２の下部開口に取り付けられた四角形状の天井パネル３とを備えている。

キャビネット２内の下方部位には、吸込み口４を有するベルマウス５と、ドレンパン６とが設置されており、ドレンパン６の一部によって風路７が形成されている。また、キャビネット２の天板中央部位には、ＤＣファンモータ８により鉛直軸周りに回転駆動されるターボファン（室内ファン）９が設置されており、このターボファン９の外周を取り囲むように、四角形状に折り曲げ形成されている室内熱交換器１０が図示省略のブラケットを介して天板側に固定設置されている。

これによって、キャビネット２内には、吸込み口４を有するベルマウス５を介してターボファン９に室内空気を導き、該ターボファン９により昇圧されてラジアル方向に吹出された空気を、その外周を取り囲むように配設されている室内熱交換器１０を通して、キャビネット２の内面とドレンパン６の外周面とで形成される風路７へと流通させる空気流路１１が構成されている。

さらに、天井パネル３には、その四辺に沿って空調風を吹出す長方形状の空気吹出し口１２が風路７と連通すように設けられているとともに、中央部位に室内空気を吸込むための吸込み口１３が設けられている。この空気吸込み口１３には、フィルタ自動清掃機構付きのエアフィルタ１４が吸込みグリル１５と共に組み込まれている。また、空気吹出し口１２には、空調風の吹出し方向を調整するための風向調整ルーバ１６が、それぞれ個別にスイング可能に設置されている。

図１（Ｂ）には、壁掛け形の空気調和機２１が示されている。この空気調和機２１は、前面の上方部から上面にかけて空気吸込み口２３が設けられ、前面の下方部に空気吹出し口２４が設けられたユニット本体２２を備えている。このユニット本体２２内には、空気吸込み口２３から吸込んだ室内空気を空気吹出し口２４へと導風する空気流路２５が形成されており、その空気流路２５中には、上流から下流にかけてフィルタ自動清掃機構付きのエアフィルタ２６、室内熱交換器２７、ＤＣファンモータ２８により駆動されるクロスフローファン（室内ファン）２９が順次配設されている。

また、室内熱交換器２７の下方部位には、室内熱交換器２７で発生したドレン水を回収するドレンパン３０が配置されており、空気吹出し口２３には、室内熱交換器２７で温度調整された空調風の吹出し方向を調整するルーバ３１およびフラップ３２がそれぞれ回動可能に設置されている。

上記空気調和機１，２１の室内ファンであるターボファン９およびクロスフローファン２９は、それぞれＤＣファンモータ８，２８を介して駆動可能とされており、このＤＣファンモータ８，２８は、図２に示されるように、室内コントローラ４０を介して回転数が目標回転数となるようにフィードバック制御される構成とされている。つまり、リモコン等のよって風量が設定されると、室内コントローラ４０のマイコン４１は、その風量に応じた回転制御値（Ｄｕｔｙ値）を出力するようになっている。

この回転制御値（Ｄｕｔｙ値）は、図２に示されるように、マイコン４１から出力される矩形波の１周期Ｔ当たりのＯＮ時間（Ｔ_ＯＮ）の長さに比例するものであり、そのデューティ比であるＴ_ＯＮ（Ｔ_ＯＮ＝Ｔ×Ｎ／２５５）を変化させることによって、ＤＣファンモータ８，２８の回転数を制御している。回転制御値は、インターフェース回路（以下、Ｉ／Ｆ回路という。）４２を介して直流に変換され、回転指令電圧（Ｖ_ＳＰ）としてＤＣファンモータ８，２８に与えられる。ＤＣファンモータ８，２８は、この回転指令電圧（Ｖ_ＳＰ）に基づき駆動回路を介して回転駆動される構成とされている。

このＤＣファンモータ８，２８の回転数は、回転数検出回路により検出され、その出力信号（回転パルス）が実回転数として、Ｉ／Ｆ回路４２を介してマイコン４１にフィードバックされるようになっている。そして、マイコン４１は、この実回転数と目標回転数とを比較し、ＤＣファンモータ８，２８への出力値である回転指令電圧（Ｖ_ＳＰ）を調整する動作を繰り返すことにより、ＤＣファンモータ８，２８の回転数が目標回転数となるように制御している。

つまり、マイコン４１は、「目標回転数＞実回転数」の場合、回転指令電圧（Ｖ_ＳＰ）をアップして回転制御値（Ｄｕｔｙ値）を大きくし、「目標回転数＝実回転数」の場合、回転指令電圧（Ｖ_ＳＰ）を維持し、「目標回転数＜実回転数」の場合、回転指令電圧（Ｖ_ＳＰ）をダウンして回転制御値（Ｄｕｔｙ値）を小さくすることにより、ＤＣファンモータ８，２８の回転数が目標回転数となるように制御している。

ＤＣファンモータ８，２８により駆動される室内ファン９，２９が、図１（Ａ）に示されるターボファン９やプロペラファン等の場合、エアフィルタ１４に塵埃が堆積することによって通風抵抗が増大すると、モータ負荷が増加するが、図１（Ｂ）に示されるクロスフローファン２９の場合、エアフィルタ２６に塵埃が堆積すると、逆にモータ負荷が減少することになる。従って、エアフィルタ１４，２６が目詰まりを起こすことにより静圧が変化すると、回転数を目標回転数とするために、室内コントローラ４０側からＤＣファンモータ８，２８に出力される回転制御値も増減されることになる。

このように、エアフィルタ１４，２６の目詰まりにより静圧が変化すると、それに伴ってＤＣファンモータ８，２８に出力される回転制御値が変化することを利用することによって、エアフィルタ１４，２６の目詰まりを検知することができる。本発明は、この点に着目してなされたものであり、以下の如く構成されたフィルタ目詰まり検知手段４３を備えている。

フィルタ目詰まり検知手段４３は、マイコン４１からＤＣファンモータ８，２８側に出力される回転制御値（Ｄｕｔｙ値）であるＴ_ＯＮを検知する検知手段４４と、その検知手段４４によって検知された回転制御値（Ｄｕｔｙ値）を、基準値の決定制御時に、基準値として記億する不揮発性メモリ等からなる記憶手段４５と、通常の空調運転時に、検知手段４４により検知された回転制御値（Ｄｕｔｙ値）と、記憶手段４５に記憶されている基準値とを比較演算し、その差が予め設定されている閾値を超えているときに、エアフィルタ１４，２６が目詰まりしていると判定する判定手段４６とから構成されている。

また、フィルタ目詰まり検知手段４３は、判定手段４６が塵埃の堆積によってエアフィルタ１４，２６が目詰まりを起こしていると判定したとき、フィルタ自動清掃機構付きエアフィルタ１４，２６のフィルタ自動清掃機構および／またはエアフィルタ１４，２６の目詰まりを表示する警報手段に対して、エアフィルタ１４，２６の清掃信号を出力する出力手段４７を備えている。

ここで、上記した基準値の決定制御とは、基準値を記憶手段４５に記憶させるための制御であり、例えば、空気調和機１，２１の工場からの出荷時や据え付け後の試運転時等に実施されるものである。この制御は、エアフィルタ１４，２６に対して塵埃が未堆積の状態で、図３（Ａ）に示されるように、ＤＣファンモータ８，２８を目標回転数とする過程において、所定の回転数ａを一定時間維持する際の回転制御値（Ｄｕｔｙ値）を検知し、その値を基準値として決定するための制御であり、その制御信号が検知手段４４に入力されると、検知手段４４は、その時に検知した回転制御値（Ｄｕｔｙ値）を記憶手段４５に記憶させる構成とされている。

一方、通常の冷暖房運転等の運転時に、図３（Ｂ）に示されるように、フィルタ目詰まり検知制御が実施される。この制御は、エアフィルタ１４，２６に塵埃が堆積しているか否か、すなわちエアフィルタ１４，２６が目詰まりを起こしているか否かを検知するための制御であり、ＤＣファンモータ８，２８を目標回転数に維持する過程において、上記と同じ回転数ａを維持するように一定時間運転する。この際の回転制御値（Ｄｕｔｙ値）を検知手段４４により検知し、この回転制御値と、記憶手段４５に上記により記億された基準値とを判定手段４６で比較演算することにより、エアフィルタ１４，２６の目詰まりの有無を判定する構成とされている。

つまり、基準値の決定制御時に検知された回転制御値（Ｄｕｔｙ値）が、例えば「３３％」の場合、この３３％が基準値として記憶手段４５に記億されており、これに対して、通常の空調運転時に実施される上記のフィルタ目詰まり検知制御時に、検知手段４４によって検知された回転制御値（Ｄｕｔｙ値）が「２８％」の場合、判定手段４６において、両者の値が比較演算され、その差（３３％−２８％）が予め設定されている閾値を超えているとき、エアフィルタ１４，２６が目詰まりを起こしていると判定し、出力手段４７から清掃信号が出力されるようになっている。

以上に説明の構成により、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
上記空気調和機１，２１を工場から出荷する時または据え付け後等に試運転する時、基準値の決定制御を行い、その時にマイコン４１からＤＣファンモータ８，２８側に出力される回転制御値（Ｄｕｔｙ値）であるＴ_ＯＮを、室内コントローラ４０に設けられているフィルタ目詰まり検知手段４３の検知手段４４により検知し、それを基準値として記憶手段４５に記億させる。

以後、通常の冷暖房運転等を行う際に、任意のタイミングでフィルタ目詰まり検知制御を実施し、その際にフィルタ目詰まり検知手段４３の検知手段４４により検知される回転制御値（Ｄｕｔｙ値）と、記憶手段４５に記億されている基準値とを比較演算することよって、エアフィルタ１４，２６の目詰まりの有無を回転制御値（Ｄｕｔｙ値）に基づいて判定することができる。

これにより、エアフィルタ１４，２６が目詰まりしているか否かを、室内コントローラ４０のマイコン４１からＤＣファンモータ８，２８側に出力される回転制御値（Ｄｕｔｙ値）を用いて直に判定することができ、ＤＣファンモータ８，２８に印加する印加電圧に基づいてエアフィルタ１４，２６の目詰まりを判定する構成としたものに比べ、インターフェース回路や駆動回路を構成する回路部品の誤差や製造バラツキ、ユニットの設置状況等の影響を受け難い分だけ、エアフィルタ１４，２６の目詰まりの有無を高精度で検知することができる。このため、最適な時期にエアフィルタ１４，２６に対して清掃サインを出力することができるようになる。

また、フィルタ目詰まり検知手段４３は、エアフィルタ１４，２６が目詰まりしていることを表示する警報手段および／またはフィルタ自動清掃機構等に対して、エアフィルタ１４，２６の清掃信号を出力する出力手段４７を備えている。このため、フィルタ目詰まり検知手段４３により高精度で検知したエアフィルタ１４，２６の目詰まり情報を、エアフィルタ１４，２６の清掃サインとして出力手段４７を介して警報手段および／またはフィルタ自動清掃機構等に出力し、警報手段やフィルタ自動清掃機構を動作させることができる。従って、適正な時期にエアフィルタ１４，２６を清掃し、その目詰まりを解消することにより、室内ファン９，２９の消費電力の増加等を抑えることができる。

さらに、本実施形態では、基準値の決定制御が、工場からの出荷時または据え付け後の試運転時等に実施され、基準値が不揮発性メモリ等の記億手段４５に記億される構成とされているため、エアフィルタ１４，２６の目詰まり検知に用いる基準値を、通常の空調運転を開始する前の試運転時や工場からの出荷時等に実施する基準値の決定制御時に、適正に記憶することができる。従って、通常の空調運転時に、その基準値に基づいて、エアフィルタ１４，２６の目詰まりの有無を高精度で検知することができる。

なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記実施形態では、本発明に係る空気調和機の代表例として、天埋め形の空気調和機１および壁掛け形の空気調和機２１を挙げたが、他の空気調和機にも同様に適用できることは云うまでもない。また、記億手段４５に記億する基準値は、予め実験室等での運転によって決定された値を設定するようにしてもよい。

１，２１ 空気調和機
８，２８ ＤＣファンモータ
９，２９ 室内ファン
１０，２７ 室内熱交換器
１１，２５ 空気流路
１２，２４ 吹出し口
１３，２３ 吸込み口
１４，２６ エアフィルタ
４０ 室内コントローラ
４１ マイコン
４２ Ｉ／Ｆ回路
４３ フィルタ目詰まり検知手段
４４ 検知手段
４５ 記億手段
４６ 判定手段
４７ 出力手段

Claims (3)

1. 室内空気の吸込み口から吹出し口に至る空気流路中に、エアフィルタ、室内熱交換器およびＤＣファンモータで駆動される室内ファンが設置され、前記ＤＣファンモータの回転数が室内コントローラを介して目標回転数となるようにフィードバック制御される空気調和機において、
   前記ＤＣファンモータへの前記室内コントローラからの回転制御値を検知する検知手段と、基準値の決定制御時、前記ＤＣファンモータを前記目標回転数とする過程において所定回転数を一定時間維持する際の回転制御値を検知し、その値を前記基準値として記憶する記億手段と、通常の空調運転時に、前記ＤＣファンモータを前記目標回転数とする過程において前記所定回転数を維持するように一定時間運転させ、その時の回転制御値を前記基準値と比較し、両者の差が閾値を超えているとき、前記エアフィルタを目詰まりと判定する判定手段とからなるフィルタ目詰まり検知手段を備えていることを特徴とする空気調和機。
2. 前記フィルタ目詰まり検知手段は、前記エアフィルタの目詰まりを表示する警報手段および／またはフィルタ自動清掃機構に前記エアフィルタの清掃信号を出力する出力手段を備え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. 前記基準値の決定制御は、工場からの出荷時または試運転時に実施され、前記基準値が前記記億手段に記億される構成とされていることを特徴とする請求項１または２に記載の空気調和機。

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