JP4610601B2 - 天吊形空気調和機 - Google Patents

Description

この発明は、可動式の輻射センサーを用いて、部屋の温度差が少なくなるような空調制御を可能にした天吊形空気調和機に関するものである。

従来、部屋の上下温度差、及び床付近の平面温度差を共に改善できる空気調和機を提供するために、天井等の高所に据え付けられる室内機と、この室内機または部屋の高所に設けられ、床等の物体が輻射する赤外線を検知して物体の温度を検出し、部屋のほぼ重力方向にその回転軸が配置されたモータにより駆動され、検知方向が回転軸に対して所定角度傾いて回転軸に取り付けられ、約３６０゜の範囲で回転して床等の物体の温度を検出する輻射センサーとを備えた空気調和機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−３２８８７号公報

従来、可動式の輻射センサーを用いた空気調和機として、天井埋込カセット式空気調和機のものがあったが、天井吊り下げ形の天吊形空気調和機に可動式の輻射センサーを用いたものは無かった。

天井埋込カセット式空気調和機と天吊形空気調和機は構成が大幅に異なる。例えば、天井埋込カセット式空気調和機は、吹出し口を４方向など複数備え、部屋の中央付近に据え付けられるケースが多い。それに対し、天吊形空気調和機は、吹出し口が筐体の横方向全幅に渡るような横に長い構成である。そして、部屋の壁面に近接して取り付けられるケースが多い。そのため、天井埋込カセット式空気調和機の可動式の輻射センサーの構成を適用できない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、可動式の輻射センサーを用いて、部屋の温度差が少なくなるような空調制御が可能で、省エネ効果のある天吊形空気調和機を提供することを目的とする。

この発明に係る天吊形空気調和機は、天井に据え付けられる箱形状の筐体と、筐体の後部下面もしくは後部背面に設けられ、室内空気を吸い込む吸込口と、筐体に設けられ、吸込口から吸い込んだ室内空気を送風する室内送風機と、筐体内で室内送風機の下流側に配設され、室内送風機によって送風された室内空気を冷媒と熱交換する室内熱交換器と、筐体の前部に設けられ、室内熱交換器で熱交換した二次空気を室内に吹き出す吹出口と、吹出口に配設され、上下方向に回動されて上下方向の風向を制御する風向板と、筐体に設けられ、床等の物体が輻射する赤外線を検知して物体の温度を検出し、駆動部により駆動されて検知方向が左右に回転して床等の物体の温度を検出する輻射温度検知手段とを備えたことを特徴とする。

この発明に係る天吊形空気調和機は、可動式の輻射温度検知手段を用いて、部屋の温度差が少なくなるような空調制御が可能で、快適性と省エネを両立させる効果を奏する。

実施の形態１．
図１乃至図１１は実施の形態１を示す図で、図１は天吊形空気調和機の室内機２０の全体構成を示す側面断面図、図２は天吊形空気調和機の室内機２０の分解状態を示す斜視図、図３は天吊形空気調和機の室内機２０の下面斜視図、図４は天吊形空気調和機の室内機２０の下面図、図５は冷媒回路の概略構成図、図６は輻射センサ７０付近の拡大斜視図、図７は輻射センサ７０のセンサ部７０ａと駆動部７０ｂの斜視図、図８は輻射センサ７０の要部側面図、図９は輻射センサ７０の分解斜視図、図１０は輻射センサ７０の検出エリアを説明する模式図、図１１は天井高さ２．７ｍの場合の輻射センサ７０の視野範囲（横から見た図）を示す図である。

図１乃至図４を参照しながら天吊形空気調和機の室内機２０の構成を以下に説明する。

天吊形空気調和機の室内機２０の本体となる筐体１は、略四角形（長方形）の箱形状である。この箱形状の筐体１が天井から吊り下げられる。

その筐体１の後部下面に室内空気９を吸い込む吸込口３が形成されている。吸込口３は、図３、図４に示すように、筐体１の幅方向に略全幅に亘って形成されている。通常、吸込口３には、塵埃等を除去するフィルタ（図示せず）が設けられる。尚、吸込口３は、筐体１の後部背面に設けてよい。

また、筐体１内の吸込口３の近傍で、吸込口３の上方に室内送風機２が設けられている。室内送風機２は電動機２ａ（図２参照）により駆動される。ここでは、室内送風機２に、例えばシロッコファンを用いている。図２の例では、室内送風機２は、４個のシロッコファンを使用する。そして、４個のシロッコファンを１台の電動機２ａで駆動する。図２において、電動機２ａは左側の２個のシロッコファンの間に位置する。

さらに、室内送風機２の吸込側と吹出し側とは、仕切板１７により仕切られている。

室内送風機２の下流側で、仕切板１７で仕切られた吹出し側の風路４に、冷凍サイクルの一部を構成する室内熱交換器５が配置される。図１に示すように、室内熱交換器５は、仕切板１７の下部付近から筐体１の前面上部に向って斜めに配置されている。このように室内熱交換器５を配置することにより、熱交換効率を向上することができる。

室内熱交換器５で、室内空気９と冷凍サイクルの冷媒とが熱交換を行う。室内空気９と冷凍サイクルの冷媒とが熱交換を行うことで、室内空気９が加熱又は冷却される。

室内熱交換器５で加熱又は冷却されて、吹出口６から吹き出される空気を二次空気１０と呼ぶ。

吹出口６は、上部に形成された上顎部６ａと、下部に形成された下顎部６ｂとで構成される。吹出口６には、吹出し空気である二次空気１０の上下方向の風向を制御する風向板８が配置される。

風向板８は側面視が略円弧形状である。風向板８は、例えば水平吹出し時には、吹出口６の上部を形成する上顎部６ａ側に凸形状となるように制御される。また、風向板８は、下吹出し時には部屋側に凸形状となるように制御される。

また、筐体１内には、室内熱交換器５の下に、例えば室内熱交換器５に付着する露を受けるドレンパン１６が設けられる。

また、筐体１の後部（背面側）には、後述する室内制御部４６等を収納する電気品箱１８が設けられる。

また、図１において、電気品箱１８の左側の下部角部の近傍に、吸込口３から吸込む室内空気９の温度を検出する吸込み温度センサ６５（吸込温度検出手段の一例、例えば、サーミスタで構成される）が設けられる。

天吊形空気調和機の室内機２０を前面から見ると、横長な吹出口６が左右方向に形成されている。そして、例えば室内機２０の運転停止時には、吹出口６の略全面を覆うように風向板８が配置されている。

図２に示すように、風向板８は、風向を調整する円弧形状の風向調整部８ａと、風向板８を保持し回転軸となる風向板軸部８ｂとを備える。そして、風向板軸部８ｂが吹出口６の両端に回転できるように支持され、風向板８の一端に設けた風向板駆動モータ１１により吹出口６内で風向板軸部８ｂを中心に風向板８が上下方向に回転することで、二次空気１０の風向（上下方向）を調整する。

なお、天吊形空気調和機の室内機２０の場合、図４に示すように、室内熱交換器５の左右方向片端（図４では右側）に、室内熱交換器５の配管部５ａ（冷媒配管部）が位置する。この部分では、室内空気９が室内熱交換器５で熱交換されない。この室内熱交換器５で熱交換されない室内空気９が室内へ吹出すのを防止するために、遮断部品１４が設けられる。遮断部品１４で室内熱交換器５で熱交換されない室内空気９の流れを遮断している。

従って、吹出口６の室内熱交換器５の配管部５ａ側の端部では、遮断部品１４で遮断されていない部分の室内熱交換器５からの二次空気１０が流れてくるが、反対側の端部に比べ二次空気１０の流量が小さく、輻射センサ７０（後述する）の取り付け部が風路に突出して形成されても影響が少ない。

図３、図４に示すように、筐体１の下面（吸込口３が形成されている面）の前面側の左右方向端部（図３、図４では右側、室内熱交換器５の配管部５ａ側）に、可動式の輻射センサ７０（輻射温度検知手段の一例）が設けられる。輻射センサ７０の構成については、後述する。

図３に示すように、筐体１左右方向の吹出口６に配置された風向板８を上下に駆動する風向板駆動モータ１１が設けられた側に輻射センサ７０を設ける。風向板駆動モータ１１の配線１１ａとともに輻射センサ７０の配線７０ｅを、筐体１後部に設けられた電気品箱１８まで配線する。輻射センサ７０の配線７０ｅを風向板駆動モータ１１の配線１１ａとともに配設できるので、配線作業が容易にできる。

図５により、天吊形空気調和機の冷媒回路について簡単に説明する。天吊形空気調和機は、室内機２０と室外機６０とを備えている。室内機２０と、室外機６０とは接続配管３５（室内熱交換器５と電子膨張弁３４間を接続する）及び接続配管３７（室内熱交換器５と四方弁３２間を接続する）により接続されている。

室内機２０は、図１及び図２に示した室内熱交換器５及び室内送風機２と、室内送風機２、吸込み温度センサ６５、輻射センサ７０等を制御する室内制御部４６とを有する。室内制御部４６には、使用者が操作するリモコン４７が有線で接続されている。但し、リモコン４７は、ワイヤレスリモコンでもよい。

室外機６０は、室内制御部４６と信号線で接続された室外制御部４４で制御されるインバータ回路４５で周波数可変に駆動される圧縮機３１と、冷媒の流れる方向を切り替える四方弁３２と、減圧装置である電子膨張弁３４と、室外熱交換器３３と、室外送風機４０と、アキュムレータ３８とを有する。

そして、例えば、天吊形空気調和機の冷房運転時には、圧縮機３１、四方弁３２、室外熱交換器３３、電子膨張弁３４、室内熱交換器１５、四方弁３２、アキュムレータ３８、圧縮機３１の順に接続される冷媒回路を構成する。

また、天吊形空気調和機の暖房運転時には、圧縮機３１、四方弁３２、室内熱交換器１５、電子膨張弁３４、室外熱交換器３３、四方弁３２、アキュムレータ３８、圧縮機３１の順に接続される冷媒回路を構成する。

室内機２０の冷房又は暖房能力を制御する場合は、室内送風機２の回転数を変化させるか、又は圧縮機３１を駆動するインバータ回路４５の出力周波数を変化させるか、又は室外送風機４０の回転数を変化させる方法等がある。

図６乃至図９により、輻射センサ７０の構成を説明する。図６に示すように、輻射センサ７０は、室内機２０の筐体１の下面（吸込口３が形成されている面）の前面側の左右方向端部（図６では右側端部近傍、室内熱交換器５の配管部５ａ側）に、可動式の輻射センサ７０が設けられる。

図７は輻射センサ７０の要部であるセンサ部７０ａに駆動部７０ｂを取付けた状態を示している。センサ部７０ａは、駆動部７０ｂにより左右方向にそれぞれ約３０°（振り角）回転可能になっている。尚、センサ部７０ａは、駆動部７０ｂにより左右方向にそれぞれ約３０°（振り角）回転可能になっているが、振り角は３０°〜４０°の範囲で選択することができる。

図８に示すように、輻射センサ７０のセンサ部７０ａは、視野の中心が水平より下向きに約４５°に傾けて筐体１に取付られている。センサ部７０ａの上下方向の配光角度（赤外線を物理的（構造的に）に検知できる領域）は、約９０°［＝取付角度４５°＋視野片側４５°］である。従って、室内機２０の前方全域を見ている。尚、輻射センサ７０のセンサ部７０ａは、視野の中心が水平より下向きに４０°〜５０°の範囲で傾けて筐体１に取付られていればよい。図８には輻射センサ７０の意匠カバー８０も示している。

図９に示すように、輻射センサ７０は、センサ部７０ａと、センサ部７０ａを駆動する駆動部７０ｂと、輻射センサ筐体７０ｃと、この輻射センサ筐体７０ｃを覆う第１の輻射センサカバー７０ｄとを備える。

センサ部７０ａは、部屋の床等の物体が輻射する赤外線を検出する赤外線検出部７０ａ−３と、この赤外線検出部７０ａ−３の前面に設けられる輻射センサキャップ７０ａ−２と、赤外線検出部７０ａ−３と輻射センサキャップ７０ａ−２とを前後から挟持する第２の輻射センサカバー７０ａ−１と、第３の輻射センサカバー７０ａ−４とを備える。

センサ部７０ａを駆動する駆動部７０ｂには、例えばステッピングモータを使用する。

本実施の形態における天吊形空気調和機の部屋の温度制御は、制御パラメータに吸込み空気の温度等以外に床温を加える点に特徴がある。床温の測定は、輻射センサ７０を用いて以下のように行う。この制御は、室内制御部４６が行うものである。

図１０に示すように、部屋の床を５つのエリア（ａ１〜ａ５）に分けてそれぞれの床温を測定する。まず、予め決めた基準位置からａ１〜ａ５を順に輻射センサ７０のセンサ部７０ａを駆動部７０ｂにより回転させる。それぞれの位置で所定時間停止し、床の輻射温度Ｔ１、Ｔ２・・・Ｔ５を測定する。

輻射温度Ｔ１、Ｔ２・・・Ｔ５の中の最大値と最小値を除いた３点の平均値を求め、この平均値に基づいて補正を行い床温度を算出する。これにより、異常な床、壁の温度を除くことができる。尚、部屋の床を５つのエリア（ａ１〜ａ５）に分けてそれぞれの床温を測定する例を示したが、エリアの分割数は任意でよい。

図１１は天井高さ２．７ｍの場合の輻射センサ７０の視野範囲（横から見た図）を示す図である。既に述べたように、輻射センサ７０は、輻射センサ７０のセンサ部７０ａは、視野の中心が水平より下向きに約４５°に傾けて筐体１に取付られている。センサ部７０ａの上下方向の配光角度（赤外線を物理的（構造的に）に検知できる領域）は、約９０°［＝取付角度４５°＋視野片側４５°］である。図１１の配光角度（０°）と配光角度（９０°）との間が、輻射センサ７０が赤外線を物理的（構造的に）に検知できる領域である。

図１１でハッチング部分が輻射センサ７０の視野範囲を示している。天井高さ２．７ｍの場合、輻射センサ７０の視野範囲は、およそ室内機２０の前方１ｍ弱から７ｍ強の範囲である。

図１１では、暖房運転時の二次空気１０の主な吹出し方向である下吹き６０°と、冷房運転時の主な二次空気１０の吹出し方向である水平吹き１０°とを示している。

例えば、暖房運転時の下吹き６０°の方向は、輻射センサ７０の実際に制御に取り入れる重み付け（寄与率）が高い範囲に入っている。

また、冷房運転時の水平吹き１０°は、輻射センサ７０の実際に制御に取り入れる重み付け（寄与率）が高い範囲から外れている。しかし、冷房時は吹出し空気の比重が重く気流が垂れるため、水平吹き１０°でも輻射センサ７０の視野範囲が前方７ｍ強でもほぼカバーできる。

天吊形空気調和機における部屋の温度制御の制御パラメータに、床温を加えることで、以下の効果が得られる。
（１）同一体感温度での省エネを図れる；
（２）部屋の状況に応じた運転で、快適性と省エネを実現できる。

人の体感温度は、空気温度（部屋の温度）、輻射温度（床、壁等からの）、湿度、気流等に影響される。その中でも、空気温度、輻射温度の占める割合が大きい。

本実施の形態の天吊形空気調和機における部屋の温度制御は、床温を考慮した体感温度制御（吸込温度補正）に加えて風速自動制御を行う。これにより、以下に示す効果を奏する。
（１）暖房運転時
部屋が暖まっていない立上り時、輻射センサ７０を使用する場合は床温度を考慮して部屋の温度制御を行うので、例えば設定温度が２０℃でも、輻射センサ７０を使用しない場合の設定温度が２３℃と体感温度は略同一となる。安定運転時も立上り時と同様、体感温度で部屋の温度制御を行う。輻射センサ７０の測定頻度は、立上り時の方が安定運転時よりも多くしている。また、輻射センサ７０の床温測定結果に基づき、室内送風機２の風速を自動制御する。これにより、快適性と省エネを両立させることができる。同一体感温度では、２０％以上の省エネ効果がある。
（２）冷房運転時
部屋が冷えていない立上り時、輻射センサ７０を使用する場合は床温度を考慮して部屋の温度制御を行うので、例えば設定温度が２８℃でも、輻射センサ７０を使用しない場合の設定温度が２６．５℃と体感温度は略同一となる。安定運転時、輻射センサ７０を使用する場合は体感温度により部屋の温度制御を行うので冷え過ぎを抑制できるが、輻射センサ７０を使用しない場合は冷え過ぎになることがある。これにより、部屋が冷えていない立上り時、同一体感温度で１０％以上の省エネになる。そして、部屋の状況に応じて快適性と省エネを両立できる。

この発明の実施の形態に係る天吊形空気調和機は、輻射温度検知手段が筐体の前部下面に設けられ、輻射温度検知手段の視野の中心を水平より下向きに４０°から５０°に傾けて配置したので、輻射温度検知手段は、室内機２０の前方全域を視野に入れることができる。

この発明の実施の形態に係る天吊形空気調和機は、輻射温度検知手段が、左右に片側３０°から４０°の範囲で駆動部により回転する構成としたので、部屋の床の略全体を視野に入れることができる。また、回転角度が大き過ぎることがなくリード線等の耐久性に影響を及ぼす恐れが少ない。

この発明の実施の形態に係る天吊形空気調和機は、室内熱交換器は、左右方向端部の一方に配管接続部を備え、筐体の室内熱交換器の配管接続部が設けられた側の端部近傍に輻射温度検知手段を設けたので、配管接続部側は、反対側に比べて熱交換器の位置が内側となり室内送風機の送風の影響が少ない。

この発明の実施の形態に係る天吊形空気調和機は、筐体の風向板駆動モータが設けられた側の端部近傍に輻射温度検知手段を設け、風向板駆動モータの配線とともに輻射温度検知手段の配線を電気品箱まで配線できるので、配線作業が容易になる。幅寸法の異なる他能力機種でも部品の共通化が図れる。

この発明の実施の形態に係る天吊形空気調和機は、筐体内に吸い込む室内空気の温度を検出する吸込温度検出手段を備え、輻射温度検知手段が検出する床温を考慮した体感温度により吸込温度検出手段の検出値を補正して、天吊形空気調和機の運転を制御するので、快適性と省エネの両立が可能となる。

この発明の実施の形態に係る天吊形空気調和機は、輻射温度検知手段は、部屋の床を左右に複数のエリアに分けて各床の輻射温度を検出するので、可動式の輻射温度検知手段を用いて広い範囲を検出できる。

実施の形態１を示す図で、天吊形空気調和機の室内機２０の全体構成を示す側面断面図。 実施の形態１を示す図で、天吊形空気調和機の室内機２０の分解状態を示す斜視図。 実施の形態１を示す図で、天吊形空気調和機の室内機２０の下面斜視図。 実施の形態１を示す図で、天吊形空気調和機の室内機２０の下面図。 実施の形態１を示す図で、冷媒回路の概略構成図。 実施の形態１を示す図で、輻射センサ７０付近の拡大斜視図。 実施の形態１を示す図で、輻射センサ７０のセンサ部７０ａと駆動部７０ｂの斜視図。 実施の形態１を示す図で、輻射センサ７０の要部側面図。 実施の形態１を示す図で、輻射センサ７０の分解斜視図。 実施の形態１を示す図で、輻射センサ７０の検出エリアを説明する模式図。 実施の形態１を示す図で、天井高さ２．７ｍの場合の輻射センサ７０の視野範囲（横から見た図）を示す図。

符号の説明

１ 筐体、２ 室内送風機、２ａ 電動機、３ 吸込口、４ 風路、５ 室内熱交換器、５ａ 配管部、６ 吹出口、８ 風向板、８ａ 風向調整部、８ｂ 風向板軸部、９ 室内空気、１０ 二次空気、１１ 風向板駆動モータ、１４ 遮断部品、１６ ドレンパン、１７ 仕切板、１８ 電気品箱、２０ 室内機、３２ 四方弁、３３ 室外熱交換器、３４ 電子膨張弁、３５ 接続配管、３７ 接続配管、３８ アキュムレータ、４０ 室外送風機、４４ 室外制御部、４５ インバータ回路、４６ 室内制御部、４７ リモコン、６０ 室外機、６５ 吸込み温度センサ、７０ 輻射センサ、７０ａ センサ部、７０ａ−１ 第２の輻射センサカバー、７０ａ−２ 輻射センサキャップ、７０ａ−３ 赤外線検出部、７０ａ−４ 第３の輻射センサカバー、７０ｂ 駆動部、７０ｃ 輻射センサ筐体、７０ｄ 第１の輻射センサカバー、８０ 意匠カバー。

Claims (6)

1. 天井に据え付けられる箱形状の筐体と、
   前記筐体の後部下面もしくは後部背面に設けられ、室内空気を吸い込む吸込口と、
   前記筐体に設けられ、前記吸込口から吸い込んだ前記室内空気を送風する室内送風機と、
   前記筐体内で前記室内送風機の下流側に配設され、前記室内送風機によって送風された前記室内空気を冷媒と熱交換する室内熱交換器であって、左右方向の端部の一方に配管を接続した配管接続部を備える室内熱交換器と、
   前記筐体の前部に設けられ、前記室内熱交換器で熱交換した二次空気を室内に吹き出す吹出口と、
   前記室内送風機によって送風された前記室内空気が前記室内熱交換器の備える前記配管接続部を通過しないように前記配管接続部を覆う遮断部品と、
   前記吹出口に配設され、上下方向に回動されて上下方向の風向を制御する風向板と、
   前記筐体の前部下面の左右方向の端部のうち前記遮断部品が設けられた端部の近傍に設けられ、床等の物体が輻射する赤外線を検知して物体の温度を検出し、駆動部により駆動されて検知方向が左右に回転して床等の物体の温度を検出する輻射温度検知手段とを備えたことを特徴とする天吊形空気調和機。
2. 前記天吊形空気調和機は、前記風向板を上下に駆動する風向板駆動モータと、前記筐体の後部に設けられた電気品箱とを備え、
   前記風向板駆動モータは、前記筐体の内部の左右方向の端部のうち前記輻射温度検知手段が設けられている部位に近い方の端部に設けられ、
   前記風向板駆動モータの配線を前記輻射温度検知手段の配線とともに前記筐体の後部の前記電気品箱まで配線したことを特徴とする請求項１に記載の天吊形空気調和機。
3. 前記輻射温度検知手段は、該輻射温度検知手段の視野の中心が水平より下向きに４０°から５０°に傾けて配置されたことを特徴とする請求項１または２記載の天吊形空気調和機。
4. 前記輻射温度検知手段は、左右に片側３０°から４０°の範囲で前記駆動部により回転する構成としたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の天吊形空気調和機。
5. 前記筐体内に吸い込む前記室内空気の温度を検出する吸込温度検出手段を備え、前記輻射温度検知手段が検出する床温を考慮した体感温度により前記吸込温度検出手段の検出値を補正して、当該天吊形空気調和機の運転を制御する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天吊形空気調和機。
6. 前記輻射温度検知手段は、部屋の床を左右に複数のエリアに分けて各床の輻射温度を検出することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の天吊形空気調和機。

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