JP7497184B2 - 空気調和機の室内ユニット - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、空気調和機の室内ユニットに関する。

冷房運転や暖房運転を実行する空気調和機においては、室内ユニットの熱交換器に送られる空気の温度である吸込温度や、当該熱交換器を通過した空気の温度である吹出温度等に基づいてファンや圧縮機の回転数が制御される。したがって、最適な空調制御を実現するためには正確に各種の温度を検出する必要がある。

しかしながら、室内ユニットにおいて熱交換器を通過した空気の温度分布は必ずしも一様でない。そのため、正確に室内ユニットの吹出温度を検出するための構造上の工夫が求められていた。

特許第２７６２３８７号公報

本発明が解決しようとする課題は、精度良く吹出温度を検出することが可能な空気調和機の室内ユニットを提供することである。

一実施形態に係る室内ユニットは、熱交換器と、ファンと、吹出口と、温度センサと、整流板とを備えている。前記ファンは、羽根を回転させることにより前記熱交換器を通る気流を発生させる。前記吹出口は、前記羽根の回転軸と平行な軸方向において前記羽根と重なり、前記熱交換器を経た前記気流を吹き出す。前記温度センサは、前記熱交換器よりも前記気流の下流側かつ前記軸方向において前記羽根と重なる位置に配置され、前記気流の温度を検知する感温部と、前記感温部に接続された一対の配線とを有している。前記整流板は、前記ファンと前記吹出口の間に配置され、前記気流を整流する。前記整流板は、前記気流を整流するための複数の開口と、前記複数の開口によって囲われ、前記軸方向において前記羽根と重なる位置に配置された収容部と、前記収容部の一端から前記整流板の外周部に亘る通路と、を有している。前記感温部は、前記収容部に収容され、前記一対の配線は、前記通路に収容され、前記収容部および前記通路が前記回転軸を中心とした半径方向と交差する方向に延びている。

図１は、第１実施形態に係る室内ユニットの概略的な断面図である。 図２は、上記室内ユニットが備えるファンの概略的な斜視図である。 図３は、上記室内ユニットが備えるファンおよび温度センサの概略的な正面図である。 図４は、暖房運転時の上記温度センサの測定温度を表すグラフである。 図５は、実際の吹出温度の測定方法の一例を示す図である。 図６は、第２実施形態に係る室内ユニットの概略的な断面図である。 図７は、第２実施形態におけるファン、温度センサおよび整流板の概略的な正面図である。

いくつかの実施形態につき、図面を参照しながら説明する。
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る室内ユニット１の概略的な断面図である。この室内ユニット１は、冷媒を圧縮する圧縮機および室外熱交換器等を含む室外ユニットと冷媒配管にて接続される。室内ユニット１、室外ユニットおよび冷媒配管等により、冷凍サイクルを備えた空気調和機が構成される。空気調和機は、例えば冷房運転と暖房運転を切り替えることが可能である。ただし、空気調和機は、冷房運転または暖房運転のみ実行可能であってもよい。

室内ユニット１は、筐体２と、吹出口ユニット３とを備えている。筐体２は、前面板２０と、前面板２０に対向する背面板２１と、前面板２０および背面板２１の下端を繋ぐ底面板２２と、前面板２０および背面板２１の上端を繋ぐ上面板２３とを備えている。

筐体２は例えば扁平な直方体状であり、前面板２０と背面板２１の間の距離が底面板２２および上面板２３の間の距離よりも十分に小さい。ただし、筐体２の形状はこの例に限られない。背面板２１は、空気の吸込口２４を有している。前面板２０は、吸込口２４と対向する領域に開口２５を有している。

室内ユニット１は、筐体２の内部に配置される要素として、熱交換器４と、制御部５とを備えている。熱交換器４は、吸込口２４と開口２５の間に位置している。制御部５は、熱交換器４の上方に配置されている。

例えば熱交換器４としては、冷媒が流れる複数の伝熱管と、これら伝熱管に連結された複数のフィンとを備えたフィンチューブ式の熱交換器を用いることができる。制御部５は、制御基板や当該制御基板に実装された各種の電子部品を含み、室内ユニット１の動作を制御する。

吹出口ユニット３は、筒体３０と、筒体３０の内部に配置されたファン６とを備えている。筒体３０の根元部分は、開口２５の周囲において前面板２０に接続されている。筒体３０の先端には、空気の吹出口３１が設けられている。

ファン６は、開口２５を通じて熱交換器４と対向している。ファン６は、例えば軸流ファンであり、フレーム６０と、フレーム６０の内側に配置されたファンモータ６１と、ファンモータ６１によって軸ＡＸを中心に回転する複数の羽根６２とを備えている。

以下の説明においては、軸ＡＸと平行な方向を軸方向Ｄと呼ぶ。図１の例においては、熱交換器４、ファン６、吸込口２４、開口２５および吹出口３１が軸方向Ｄにおいて重なっている。

ファン６が回転すると、吸込口２４、熱交換器４、開口２５および吹出口３１を順に通る気流が発生する。冷房運転時には熱交換器４が蒸発器として機能し、吸込口２４から吸い込まれた空気が冷やされる。暖房運転時には熱交換器４が凝縮器として機能し、吸込口２４から吸い込まれた空気が暖められる。

室内ユニット１は、吹出口３１から吹き出される空気の温度（吹出温度）を検出するための温度センサ７をさらに備えている。温度センサ７は、熱交換器４よりもファン６の回転に伴い発生する気流の下流側に配置される。図１の例においては、ファン６と吹出口３１の間に温度センサ７が配置されている。

制御部５は、外部のリモートコントローラ等から入力される目標温度および送風量等の設定情報や温度センサ７によって検出される吹出温度、さらには他の温度センサによって検出される吸込温度等に基づいてファン６の回転数を制御する。

図２は、ファン６の概略的な斜視図である。図３は、ファン６および温度センサ７の概略的な正面図である。これらの図の例においては、フレーム６０が矩形状の外形を有している。ただし、フレーム６０の外形は円形であってもよい。さらに、フレーム６０は、軸ＡＸを中心とした円形の開口６３を有している。ファンモータ６１および羽根６２は、開口６３内に配置されている。

図３に示すように、温度センサ７は、感温部７０と、一対の配線７１とを有している。例えば、温度センサ７は熱電対である。この場合において、一対の配線７１は異なる金属材料で形成され、感温部７０はこれら配線７１の接合部を含む。ただし、温度センサ７はサーミスタ等の他の方式であってもよい。

図３のようにファン６および温度センサ７を正面視したときに、感温部７０は、ファンモータ６１の外周と開口６３の内周との間に位置している。すなわち、感温部７０は、回転する羽根６２と軸方向Ｄにおいて重なる。一対の配線７１は、軸ＡＸから遠ざかる方向に延出し、図１に示した筒体３０や筐体２の内部を引き回されて制御部５に接続されている。

以下の説明においては、軸ＡＸから開口６３の内周面までの距離（開口６３の半径）をｘ［ｍｍ］、軸ＡＸから感温部７０の先端までの距離をｙ［ｍｍ］と定義する。さらに、ファンモータ６１の半径をｒ［ｍｍ］と定義し、軸ＡＸを中心とした半径方向における羽根６２の全長をＬ［ｍｍ］と定義する。本実施形態においては、ｒ＜ｙ＜ｘが成り立つ。

さらに、温度センサ７の測定温度をＴｙ［℃］、室内ユニット１の実際の吹出温度をＴ［℃］、測定温度Ｔｙと吹出温度Ｔの誤差をΔＴ［℃］と定義する。この場合においては、以下の式（１）が成り立つ。
Ｔｙ＝Ｔ＋ΔＴ （１）

図４は、暖房運転時の測定温度Ｔｙと距離ｘ，ｙとの関係を表すグラフである。横軸はｙ／ｘであり、縦軸は温度［℃］である。図４中には吹出温度Ｔ（一定値）も併記している。ｙ／ｘと測定温度Ｔｙは比例関係にあり、以下の式（２）が成り立つ。
Ｔｙ＝α（ｙ／ｘ）＋β （２）

ここで、αおよびβは変数であり、ファン６や筒体３０など室内ユニット１の各部の構造によって定まる。温度センサ７の位置を変えて何点かの測定温度Ｔｙを実測し、その値を線形近似することにより変数α，βを得ることができる。

なお、暖房運転時にはｙ／ｘが大きくなるほど測定温度Ｔｙが低下する。したがって、変数αは負である。一方、冷房運転時にはｙ／ｘが大きくなるほど測定温度Ｔｙが増加する。この場合には変数αが正である。

式（１）（２）に基づけば、以下の式（３）を導き出すことができる。
ｙ＝（Ｔ＋ΔＴ－β）ｘ／α （３）

図５は、実際の吹出温度Ｔの測定方法の一例を示す図である。この図の例においては、吹出口ユニット３の先端にダクト１００が取り付けられている。ダクト１００は、例えば軸方向Ｄに沿う正面視の形状が吹出口３１よりも大きい矩形状である。図５の例においては吹出口３１が円形である。ただし、吹出口３１は矩形状などの他の形状であってもよい。

ダクト１００の内部には、３×３の行列状に並べられた９個の温度センサ１０１が配置されている。中央の温度センサ１０１は、軸ＡＸ上に位置している。図中の上下方向および左右方向において、隣り合う温度センサ１０１の間隔は一定である。

吹出温度Ｔは、例えばこれら温度センサ１０１によって測定される温度の平均値である。各温度センサ１０１による測定と、図４に示したグラフを求めるための測定は、室内ユニット１や室外ユニットを同じ条件で動作させた状態で実施される。

なお、吹出温度Ｔの測定に用いる温度センサ１０１の数は９個に限られない。より多くの温度センサ１０１を用いることで、より高精度に実際の吹出温度Ｔを求めることができる。

図４に示したグラフの通り、温度センサ７による測定温度Ｔｙは距離ｙに応じて変化する。そのため、室内ユニット１において実際の吹出温度Ｔに近い正確な測定温度Ｔｙを得るためには、適切に距離ｙを定めて感温部７０を配置する必要がある。

感温部７０を配置すべき範囲は、許容できる誤差ΔＴの下限と上限に基づいて定めることができる。すなわち、式（３）により誤差ΔＴの下限および上限に対応する位置Ｐ１，Ｐ２（Ｐ１＜Ｐ２）を求め、ｙ／ｘが位置Ｐ１以上かつＰ２以下の範囲内に感温部７０を配置すればよい。

誤差ΔＴは、－１．０℃以上かつ１．０℃以下であることが好ましい。誤差ΔＴが－０．５℃以上かつ０．５℃以下であれば一層好適である。一例として、α＝－１０、β＝４０、Ｔ＝３１［℃］、ｘ＝１０００［ｍｍ］の条件下において誤差ΔＴを－０．５℃以上かつ０．５℃以下とする場合、式（３）に基づけば感温部７０を配置すべき範囲として８５０［ｍｍ］≦ｙ≦９５０［ｍｍ］が得られる。

ファンモータ６１の近傍においては、測定温度Ｔｙと吹出温度Ｔとの乖離が大きい傾向にある。そこで、感温部７０は、図３中の右方の羽根６２において斜線を付した領域６２ａのように、羽根６２の根本から一定の距離をあけた部分と羽根６２の回転時に重なる位置に配置されることが好ましい。例えば領域６２ａは、羽根６２の先端と、当該先端から羽根６２の全長Ｌの２／３に相当する位置との間の部分に相当する。

なお、感温部７０の配置位置は、冷房運転時の測定温度Ｔｙのグラフと吹出温度Ｔに基づいて定められてもよい。また、暖房運転時と冷房運転時の双方において好適な距離ｙの範囲を求め、それらが重なる位置に感温部７０が配置されてもよい。

以上説明した本実施形態の室内ユニット１においては、ファン６の羽根６２と吹出口３１とが羽根６２の回転軸と平行な軸方向Ｄにおいて重なっている。このような構造においては、図４に示したグラフのように、吹出口３１から吹き出す空気の温度が軸ＡＸを中心とした半径方向において変化し得る。特に、吹出口３１の周縁部や中心部における空気の温度は実際の吹出温度Ｔ（例えば図５のような方法で測定される平均値）との乖離が大きい。これに対し、図３に示したように羽根６２と重なる位置に温度センサ７の感温部７０を配置することで、精度良く吹出空気の温度を測定することが可能となる。

また、本実施形態においては、ファン６が熱交換器４と吹出口３１の間に配置され、かつ感温部７０がファン６と吹出口３１の間に配置されている。このような構造においては、熱交換器４を通過した空気がファン６で攪拌され、この攪拌された空気の温度を温度センサ７が測定するので、測定温度のばらつきを抑制できる。
以上の他にも、本実施形態からは種々の好適な効果を得ることができる。

［第２実施形態］
第２実施形態について説明する。特に言及しない部分については第１実施形態と同様の構成を適用できる。第１実施形態と同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図６は、本実施形態に係る室内ユニット１の概略的な断面図である。本実施形態においては、吹出口ユニット３が整流板８をさらに備えている。整流板８は、ファン６と吹出口３１の間に配置されており、ファン６を通過した直後の乱れた気流を軸方向Ｄと略平行に整える。この整えられた気流は、吹出口３１から室内ユニット１の外部に送り出される。温度センサ７は、整流板８に取り付けられている。

図７は、ファン６、温度センサ７および整流板８の概略的な正面図である。整流板８は、回転する羽根６２と重なる領域に六角形の多数の開口８０が配列されたハニカム構造を有している。整流板８を通る気流は、各開口８０によって整流される。ただし、開口８０の形状は六角形に限られない。

さらに、整流板８は、複数の開口８０によって囲われた収容部８１および通路８２を有している。収容部８１は、回転する羽根６２と軸方向Ｄにおいて重なる位置に配置されている。通路８２は、収容部８１の一端から整流板８の外周部に亘って延びている。図７の例においては、収容部８１および通路８２が軸ＡＸを中心とした半径方向と交差する方向に延びている。すなわち、軸ＡＸは収容部８１および通路８２の延長線上に位置していない。

温度センサ７の感温部７０は、収容部８１に収容されている。温度センサ７の一対の配線７１は、通路８２を通じて整流板８の外周部に延出し、図１に示した筒体３０や筐体２の内部を引き回されて制御部５に接続されている。

本実施形態のように整流板８に温度センサ７を取り付ければ、温度センサ７を配置するためだけの専用の支持部材を流路内に設ける必要がない。これにより、室内ユニット１の部品点数を削減できる。また、上記支持部材を設ける場合には当該部材が空気抵抗となって気流の風速低下が生じ得るが、本実施形態の構成であればこのような風速低下も抑制できる。

なお、感温部７０の配置態様は第１および第２実施形態にて例示したものに限られない。例えば、感温部７０は、熱交換器４とファン６の間において羽根６２と重なる位置に配置されてもよい。また、感温部７０は、整流板８と吹出口３１の間において羽根６２と重なる位置に配置されてもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
本願の出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を以下に付記する。
［１］
熱交換器と、
羽根を回転させることにより前記熱交換器を通る気流を発生させるファンと、
前記羽根の回転軸と平行な軸方向において前記羽根と重なり、前記熱交換器を経た前記気流を吹き出す吹出口と、
前記熱交換器よりも前記気流の下流側かつ前記軸方向において前記羽根と重なる位置に配置され、前記気流の温度を検知する感温部を有する温度センサと、
を備える空気調和機の室内ユニット。
［２］
前記感温部は、前記羽根の先端から前記羽根の全長の２／３に相当する位置と、前記先端との間における前記羽根の一部と前記軸方向において重なる、
前記［１］に記載の室内ユニット。
［３］
前記ファンは、前記熱交換器と前記吹出口の間に配置され、
前記感温部は、前記ファンと前記吹出口の間に配置されている、
前記［１］又は［２］に記載の室内ユニット。
［４］
前記ファンと前記吹出口の間に配置され、前記気流を整流する整流板をさらに備え、
前記感温部は、前記整流板に設けられている、
前記［３］に記載の室内ユニット。
［５］
前記整流板は、前記気流を整流するための複数の開口と、前記複数の開口によって囲われた収容部とを有し、
前記感温部は、前記収容部に収容されている、
前記［４］に記載の室内ユニット。

１…室内ユニット、２…筐体、３…吹出口ユニット、４…熱交換器、５…制御部、６…ファン、７…温度センサ、８…整流板、２４…吸込口、３１…吹出口、６１…ファンモータ、６２…羽根、７０…感温部、７１…配線、ＡＸ…軸、Ｄ…軸方向、Ｔ…吹出温度、Ｔｙ…測定温度、ΔＴ…誤差。

Claims (5)

1. 熱交換器と、
   羽根を回転させることにより前記熱交換器を通る気流を発生させるファンと、
   前記羽根の回転軸と平行な軸方向において前記羽根と重なり、前記熱交換器を経た前記気流を吹き出す吹出口と、
   前記熱交換器よりも前記気流の下流側かつ前記軸方向において前記羽根と重なる位置に配置され、前記気流の温度を検知する感温部と、前記感温部に接続された一対の配線とを有する温度センサと、
   前記ファンと前記吹出口の間に配置され、前記気流を整流する整流板と、
   を備え、
   前記整流板は、
   前記気流を整流するための複数の開口と、
   前記複数の開口によって囲われ、前記軸方向において前記羽根と重なる位置に配置された収容部と、
   前記収容部の一端から前記整流板の外周部に亘る通路と、
   を有し、
   前記感温部は、前記収容部に収容され、
   前記一対の配線は、前記通路に収容され、
   前記収容部および前記通路が前記回転軸を中心とした半径方向と交差する方向に延びている、
   空気調和機の室内ユニット。
2. 前記感温部は、前記羽根の先端から前記羽根の全長の２／３に相当する位置と、前記先端との間における前記羽根の一部と前記軸方向において重なる、
   請求項１に記載の室内ユニット。
3. 前記ファンは、前記熱交換器と前記吹出口の間に配置されている、
   請求項１又は２に記載の室内ユニット。
4. 前記ファンは、
   前記羽根を回転させるファンモータと、
   前記羽根および前記ファンモータが配置される開口を有するフレームと、
   を備え、
   前記ファンおよび前記温度センサを正面視したときに、前記感温部は、前記ファンモータの外周と前記開口の内周との間に位置している、
   請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の室内ユニット。
5. 前記ファンおよび前記整流板を正面視したときに、前記収容部と前記ファンモータの外周との間に前記複数の開口の一部が位置している、
   請求項４に記載の室内ユニット。

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