JP2011012937A - 空調用室内ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換効率を向上するとともに、騒音を低減することのできる空調用室内ユニットを提供することを目的とする。
【解決手段】空調用室内ユニット１１の室内熱交換器２２の内側表面２２ｂに整流部材５０Ａを設けることで、ターボファン１９から送り出される空気を整流部材５０Ａに衝突させて流れの方向を下方（斜め下方）に向けて変換する。
これにより、室内熱交換器２２の内側表面２２ｂ側において、ターボファン１９から送り出される空気の流速分布を平均化して改善する。
【選択図】図３

Description

本発明は、建物室内に設置される空気調和機の空調用室内ユニットに関する。

建物室内に設置される空気調和機の空調用室内ユニットとして、例えば天井設置型のものがある。
図１２は、天井面内に埋設された天井埋込型空気調和機の空調用室内ユニット１１０の断面図である。図１２において、空調用室内ユニット１１０は、ケーシング１１１と、ケーシング１１１に固定されたモータ１１２と、モータ１１２で駆動されるターボファン１１３と、室内の空気を吸込む吸込口１１４と、吸込んだ空気をターボファン１１３に導くベルマウス１１５と、ターボファン１１３の外周側に設けられて空気を加熱または冷却する室内熱交換器１１６と、熱交換した空気の出口である吹出口１１７とを主な要素として構成されている。

モータ１１２は、ケーシング１１１の天板１１８の略中央に、主軸１１９を略鉛直下方に向けて固定されている。主軸１１９には、ターボファン１１３が接続され、このターボファン１１３は、天板１１８に対向した主板１２０と、その下方で主板１２０に対向したシュラウド１２１と、主板１２０とシュラウド１２１との間に環状配置された羽根１２２とで構成されている。

上記の構成において、室内の空気は、吸込口１１４から空調用室内ユニット１１０内に流入し、ベルマウス１１５を通って、モータ１１２によって駆動されるターボファン１１３に導かれる。ターボファン１１３に導かれた空気は、昇圧され、室内熱交換器１１６に送り出される。室内熱交換器１１６において、空気は、加熱または冷却されることによって、所望の温度に調節され、吹出口１１７から室内に戻される。

このような空調用室内ユニットにおいては、熱交換効率の向上と、騒音低減が常に大きな課題となっており、これまでも様々な工夫がなされている（例えば特許文献１〜７参照）。

例えば、特許文献１に開示された技術においては、ターボファン１１３の羽根車による流路を二以上に区画する仕切り板を備える構成が開示され、これにより、ターボファン１１３の周囲の室内熱交換器１１６に向けた送風量を増大させて熱交換能力を高めている。

また、特許文献２〜７においては、騒音低減のために、付加物を設ける等の手法が開示されている。

特開２００７−１５４６８５号公報 特開２００７−１６２４６７号公報 特許第４００５０１６号公報 特開２００６−２３３８７７号公報 特開２００４−７７０４７号公報 特開２００４−１５６８８５号公報 特開２００４−１５６８８６号公報

しかしながら、上述したように、熱交換効率の向上と、騒音低減は、常に求められている課題であり、さらなる改善が常に望まれている。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、熱交換効率を向上するとともに、騒音を低減することのできる空調用室内ユニットを提供することを目的とする。

上記のような目的のもとに鋭意検討を行った本発明者らは、空調用室内ユニット１１０内の室内熱交換器１１６における熱交換効率を向上させるには、ターボファン１１３によって生じる空気の流れが室内熱交換器１１６に流入するときの流速分布を改善するのが有効であると推測した。これは、室内熱交換器１１６はターボファン１１３の外周側に設けられているが、空調用室内ユニット１１０の下部は、ターボファン１１３からの吹き出し方向よりも下方に位置しており、さらに、空調用室内ユニット１１０の下方（設置した状態で下方に位置する側）には、凝縮水を回収するドレンパン１３０が設けられており、このドレンパン１３０が障害となって、空気の流れが室内熱交換器１１６に流入するときの流速分布が不均一になっているからである。

そこでなされた本発明の空調用室内ユニットは、空気を流入させる吸込口を有するケーシングと、ケーシング内の中央部に配置され、鉛直軸周りに回転することで、吸込口から吸込んだ空気を昇圧して外周側に送り出すファンと、ファンの外周側に設けられ、ファンにより送り出された空気を加熱または冷却する室内熱交換器と、室内熱交換器に対してファンに対向する側に設けられ、ファンにより送り出された空気を室内熱交換器の下部に向けて導くガイド部材と、を備えていることを特徴とする。
ガイド部材により、ファンから送り出された空気を室内熱交換器の下部に向けて導くことで、空気の当たりにくい室内熱交換器の下部に流れを当てて熱交換を効率よく行える。

このようなガイド部材は、室内熱交換機においてファンに対向する側の表面に沿って設けられるとともに、ファンにより送り出された空気の流れの上流側に位置する上流側端部が、流れの下流側に位置する下流側端部よりも上方に位置するよう設ける。
さらに、ガイド部材において、ファンに対向する側の端部は、ファンにより送り出された空気の流れの剥離防止のためＲ断面とするのが好ましい。
また、ガイド部材は、上方または下方に凸となる湾曲面を下面に有しているのが好ましい。湾曲面を上方に凸とすれば、ファンからの空気の流れをガイド部材により確実に捕捉できる。また、湾曲面を下方に凸とすれば、ファンからの空気の流れをガイド部材により広く拡散させることができる。

ガイド部材は、上流側端部の幅に対し、下流側端部の幅を小さく形成することもできる。これにより、室内熱交換器においてファンからの空気が当たりやすい部位の流れの向きを有効に変換できる。
もちろん、上流側端部の幅に対し、下流側端部の幅を大きく形成することもできる。

また、ガイド部材に、その両面を貫通するスリットまたは孔を形成することも有効である。

ガイド部材は、ファンおよび室内熱交換器の下方に設けられたドレンパンにおいて、ファンの外周側であって、室内熱交換器の下部に対向する位置に設けることもできる。

本発明によれば、ガイド部材により、ファンから送り出された空気を、空気の当たりにくい室内熱交換器の下部に向けて導くことで、ファンから送り出されて室内熱交換器に当たる空気の流れの流速分布を平均化し、室内熱交換器の熱交換効率を向上するとともに、騒音を低減することが可能となる。

本実施の形態における空調用室内ユニットを備えた天井埋込型空気調和機の概略構成を示す図である。 第一の実施形態を示す図であり、空調用室内ユニットの断面図である。 空調用室内ユニットの要部を示す斜視断面図である。 第一の実施形態の変形例を示す図である。 整流部材による整流効果を示すための図である。 第二の実施形態を示す図であり、室内熱交換器に備えた整流部材の断面形状の複数例を示す図である。 第三の実施形態を示す図であり、空調用室内ユニットの要部を示す斜視断面図である。 第四の実施形態を示す図であり、空調用室内ユニットの要部を示す斜視断面図である。 第五の実施形態を示す図であり、空調用室内ユニットの要部を示す斜視断面図である。 第六の実施形態を示す図であり、空調用室内ユニットの要部を示す斜視断面図である。 第七の実施形態を示す図であり、空調用室内ユニットのドレンパンに設けた整流部材を示す斜視断面図である。 従来の空調用室内ユニットの断面図である。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
〔第一の実施形態〕
図１は、本実施の形態における空調用室内ユニットの概略構成を示すための図である。
図１において、天井埋込型空気調和機１０は、空調用室内ユニット１１と、空調用室外ユニット１２と、冷媒配管１３とを主な要素として構成されている。

空調用室外ユニット１２は、冷媒を圧縮するための圧縮機（図示省略）と、冷媒と室外の空気と熱交換を行う室外熱交換器（図示省略）と、室外の空気を室外熱交換器（図示省略）に吹き付ける室外ファン１６とを備えている。

冷媒配管１３は、空調用室内ユニット１１および空調用室外ユニット１２の間で冷媒を循環できるように配置されている。

空調用室内ユニット１１は、図１および図２に示すように、ケーシング１７と、ケーシング１７内に配置された、モータ（駆動部）１８と、モータ１８により回転されるターボファン（ファン）１９と、室内の空気が流入する吸込口２０と、空気を吸込口２０からターボファン１９に導くベルマウス２１と、空気を加熱または冷却する室内熱交換器２２と、空気を室内に流出させる吹出口２３と、を主な要素として構成されている。

図２に示すように、ケーシング１７は、鉄板からなる構造部１７Ａと、その外側に設けられた、発泡材などからなる断熱部１７Ｂとを備えて構成されている。また、ケーシング１７の上部は、略平面をなす天板２４が形成されている。
ケーシング１７の下部（図１において下方）には、図示しない化粧パネル２５が設けられており、化粧パネルの中央部に吸込口２０が形成され、外周部に吹出口２３が形成されている。

天板２４の略中央には、モータ１８が、その主軸１８ａを略鉛直下方に向けるように固定され、主軸１８ａの端部には、ターボファン１９が固定されている。
ターボファン１９は、主軸１８ａに固定された主板２６と、主板２６に対向するシュラウド２７と、主板２６とシュラウド２７との間に、羽根２９が円環状に配置されている。

ベルマウス２１は、ターボファン１９の下方に配置され、ベルマウス２１の下方に、室内空気の吸込口２０が配置されている。ベルマウス２１の上面には、モータ１８や、吹出口２３などを、制御等する電子機器３０を納める電装箱３１が設けられ、電装箱３１は円環状に形成され、例えばベルマウス２１の上面に配置されている。

ターボファン１９の周囲には、室内熱交換器２２が、全体として略四角形状に配置されている。室内熱交換器２２は、フィン・アンド・チューブ方式で、チューブ内を流れる冷媒と、チューブの外表面およびチューブの外表面に接合されたフィンに接触する空気との間で、チューブ及びフィンを介して熱エネルギ交換を行う。

上記の構成からなる天井埋込型空気調和機１０においては、図１に示すように、冷媒は、空調用室外ユニット１２内の圧縮機（図示省略）により圧縮され、室外熱交換器（図示省略）において室外空気に熱が放出されて液化し、冷媒配管１３を通り、空調用室内ユニット１１に流入する。空調用室内ユニット１１に流入した冷媒は、膨張弁（図示せず）により減圧され、室内熱交換器２２に流入し、室内空気の熱を吸収して蒸発する。蒸発した冷媒は、冷媒配管１３を通り、再び圧縮機（図示省略）に戻り圧縮される。

または、冷媒は、空調用室外ユニット１２内の圧縮機（図示省略）により圧縮され、冷媒配管１３を通って、空調用室内ユニット１１の室内熱交換器２２に流入して、室内空気に熱を放出して液化する。液化した冷媒は、膨張弁（図示せず）により減圧され、冷媒配管１３を通って、空調用室外ユニット１２の室外熱交換器（図示省略）に流入し、室外空気の熱を吸収し、蒸発する。蒸発した冷媒は、再び圧縮機（図示省略）に戻り、圧縮される。

空調用室内ユニット１１においては、図２に示すように、室内の空気は、モータ１８により回転駆動されるターボファン１９の働きで、吸込口２０から空調用室内ユニット１１に流入する。吸込口２０から流入した空気は、ベルマウス２１により、ターボファン１９内部に導かれ、主板２６とシュラウド２７との間の羽根２９により昇圧される。つまり、羽根２９により、そこを通過した空気にエネルギが与えられる。
このようにしてターボファン１９により昇圧されることで、エネルギを高められて送り出された空気は、半径方向からターボファン１９の回転方向へ偏向した方向へ送り出される。室内熱交換器２２内部の冷媒と熱交換を行いながら、室内熱交換器２２を通過する。

その後、室内熱交換器２２を通り抜けて、その内部の冷媒と熱交換し、任意の温度に調節された空気は、吹出口２３から室内に流出する。

さて、図３に示すように、上記のような室内熱交換器２２の下部には、室内熱交換器２２において空気中の水分が凝縮した水を受けるためのドレンパン４０が設けられている。このドレンパン４０は、ベルマウス２１等と一体に形成することもできる。
ドレンパン４０は、室内熱交換器２２の底面２２ａを支持する支持面４１ａと、室内熱交換器２２において空調用室内ユニット１１の中心部側を向く内側表面２２ｂに沿って立ち上がる内側立ち上がり壁４１ｂと、室内熱交換器２２において空調用室内ユニット１１の外側を向く外側表面２２ｃに沿って立ち上がる外側立ち上がり壁４１ｃと、をからなる断面略Ｕ字状の溝部４１を少なくとも有している。

このような空調用室内ユニット１１において、室内熱交換器２２の内側表面２２ｂ側には、ターボファン１９から送り出される空気の流速分布を平均化するための、整流部材（ガイド部材）５０Ａが設けられている。
整流部材５０Ａは、ターボファン１９から送り出される空気の流れの上流側に位置する上流側端部５０ａが、前記流れの下流側に位置する下流側端部５０ｂに対し、上方に位置するよう、傾斜して設けられている。
本実施形態において、整流部材５０Ａは、室内熱交換器２２の内側表面２２ｂに対して直交する面内に位置する帯板状をなしている。なお、整流部材５０Ａにおける空気の捕捉効率を高めるため、図４に示すように、整流部材５０Ａを、室内熱交換器２２の内側表面２２ｂに対して、ターボファン１９から送り出される空気の流れの上流側に向けて傾斜させても良い。

図５に示すように、このような整流部材５０Ａによれば、ターボファン１９から送り出される空気が整流部材５０Ａに衝突すると、その流れの方向を下方（斜め下方）に向けて変換する。
これにより、ターボファン１９のシュラウド２７よりも下方に位置し、さらにドレンパン４０の溝部４１に収容された室内熱交換器２２の下部に向けて、ターボファン１９から送り出された空気の流れを導くことができる。これにより、室内熱交換器２２の内側表面２２ｂ側において、これまで空気の流れが当たりにくかった室内熱交換器２２のドレンパン４０の近傍にも空気を導いてその流速を向上させ、ターボファン１９から送り出される空気の流速分布を平均化して改善することができる。
その結果、室内熱交換器２２における圧力損失を低下させて熱交換能力を向上させることができ、また空力騒音を低減することができる。しかも、簡易な構成の整流部材５０Ａを付加するのみで良いので、低コストで上記効果を得ることができる。

〔第二の実施形態〕
次に、本発明に係る空調用室内ユニットにおける整流部材の上記第一の実施形態に対する変形例を第二〜第六の実施形態として示す。
ここで、以下に示す各実施形態と上記第一の実施形態との差異は、整流部材のみであるため、以下においては整流部材の構成を中心に説明を行い、上記第一の実施形態と共通する構成についてはその説明を省略する。
図６（ａ）に示すように、本実施形態の空調用室内ユニット１１における整流部材（ガイド部材）５０Ｂは、整流部材５０Ｂにおいて、ターボファン１９に対向する側（空調用室内ユニット１１の中心側）に位置する一辺を形成する端部に、空気の流れが衝突したときに流れの剥離を軽減するため、Ｒ（アール）部５２が形成されている。

このＲ部５２は、剥離を有効に軽減するために、その曲率半径ｒを、例えば２〜５ｍｍ程度とするのが好ましい。
このようなＲ部５２は、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、帯板状の整流部材本体５３の一辺に沿って断面水滴形状、または断面円形の棒状部材５４を設けても良いし、図６（ｃ）に示すように、整流部材５０Ｂを、厚さ２ｒ（ｒ：Ｒ部５２の曲率半径）の厚板状として、その端部を丸めることでＲ部５２を形成しても良い。

このように先端にＲ部５２を設けることで、ターボファン１９から送り出された空気の流れが整流部材５０Ｂに衝突するときに、流れが整流部材５０Ｂから剥離するのを防ぐことができ、上記第一の実施形態における流速分布改善による効果が一層顕著なものとなる。

〔第三の実施形態〕
図７に示す整流部材（ガイド部材）５０Ｃは、その断面形状を、上方に凸となる湾曲面５５を下面に有したものとしている。
このような整流部材５０Ｃによれば、その下面に、上方に凸となる湾曲面５５が形成されているので、ターボファン１９から送り出される空気の流れを捕捉しやすくなる。その結果、上記第一の実施形態における流速分布改善による効果が一層顕著なものとなる。

〔第四の実施形態〕
図８に示す整流部材（ガイド部材）５０Ｄは、その断面形状を、下方に凸となる湾曲面５５を下面に有したものとしている。

このような整流部材５０Ｄによれば、その下面に、下方に凸となる湾曲面５５が形成されているので、ターボファン１９から送り出される空気の流れが湾曲面５５に衝突したときに広く拡散する。これにより、室内熱交換器２２の内側表面２２ｂのドレンパン４０側にも空気の流れを拡散することで流速分布を平均化することができる。その結果、上記第一の実施形態における流速分布改善による効果が一層顕著なものとなる。

〔第五の実施形態〕
図９（ａ）に示す整流部材（ガイド部材）５０Ｅは、その幅（室内熱交換器２２の内側表面２２ｂからの突出寸法）ｗが、ターボファン１９から送り出される空気の流れの上流側に位置する上流側端部５０ａから、前記流れの下流側に位置する下流側端部５０ｂに向けて漸次小さくなる形状とされている。

このような整流部材５０Ｅによれば、その幅が上流側端部５０ａに行くほど大きいので、ターボファン１９から送り出される空気の流量が大きい部位において、その流れの向きを有効に変えることができる。その結果、上記第一の実施形態における流速分布改善による効果が一層顕著なものとなる。

なお、本実施形態とは逆に、図９（ｂ）に示すように、整流部材５０Ｅの幅ｗを、上流側端部５０ａから、前記流れの下流側に位置する下流側端部５０ｂに向けて漸次大きくすることもできる。
さらには、上流側端部５０ａと下流側端部５０ｂとの間の位置においてその幅ｗが最大となる形状とすることもできるし、事前に整流部材５０Ｅを設けない状態で流速分布を測定し、流速の大きな部位ほど整流部材５０Ｅの幅ｗを大きくすることも可能である。

〔第六の実施形態〕
図１０に示す整流部材（ガイド部材）５０Ｆは、上流側端部５０ａと下流側端部５０ｂとの間において、室内熱交換器２２の内側表面２２ｂに近接する側に、整流部材５０Ｅの両面を貫通するスリット５６が形成されたものとなっている。

このような整流部材５０Ｆによれば、上記第一の実施形態と同様の効果に加え、スリット５６を通して、整流部材５０Ｆの背面（ターボファン１９から送り出される流れ方向において下流側の面）５０ｃ側に、ターボファン１９から送り出される空気を送ることができ、この部分の室内熱交換器２２を有効活用して熱交換を行える。

これにより、上記第一の実施形態と同様の効果に加え、さらに室内熱交換器２２の全体の流速分布を均一化して、さらに有効な効果を得ることができる。

なお、本実施形態では、整流部材５０Ｆにスリット５６を形成することで、整流部材５０Ｆの背面側にも空気を送るようにしたが、スリット５６の長さ・幅や数等は適宜変更することができ、また、スリット５６に代えて、整流部材５０Ｆを貫通する孔等を設けるようにしても良い。
ところで、上記第一〜第六の実施形態で示した構成は、適宜組み合わせて採用することが可能である。

〔第七の実施形態〕
本実施形態は、上記第一〜第六の実施形態で整流部材５０Ａ〜５０Ｆとは別に、ドレンパン４０の表面に整流部材（ガイド部材）６０を設けるものである。整流部材６０以外については、上記第一の実施形態と同様の構成であるので、整流部材６０以外の構成についてはその説明を省略する。

図１１に示すように、整流部材６０は、ドレンパン４０において、ターボファン１９の外周側に設けられている。
整流部材６０は、ターボファン１９から送り出される空気の流れを、ドレンパン４０の表面において、外周側の室内熱交換器２２に向けて変換するものである。このため、整流部材６０は、平面視した状態で、ターボファン１９から送り出される空気の流れ方向に対し、外周側に傾斜して設けられている。このような整流部材６０は、図１１に示すように、外周側に向けて湾曲しても良いし、平板状としても良い。
また、整流部材６０は、室内熱交換器２２の全体にターボファン１９から送り出される空気を分散させるため、ターボファン１９の外周側において、その周方向に間隔を隔てて複数設けるのが好ましい。

上述したような整流部材６０をドレンパン４０の表面に設けることでも、上記第一の実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、上記第七の実施形態に示した整流部材６０は、上記第一〜第六の実施形態で示した整流部材５０Ａ〜５０Ｆと組み合わせて設けても良いし、単独で設けても良い。

また、上記各実施形態において、整流部材５０Ａ〜５０Ｆ、６０以外の構成については何ら限定するものではなく、空調用室内ユニット１１の他の部分の構成については適宜変更することが可能である。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

１０…天井埋込型空気調和機、１１…空調用室内ユニット、１７…ケーシング、１８…モータ、１９…ターボファン（ファン）、２０…吸込口、２１…ベルマウス、２２…室内熱交換器、２２ａ…底面、２２ｂ…内側表面、４０…ドレンパン、４１…溝部、５０Ａ〜５０Ｆ…整流部材（ガイド部材）、５０ａ…上流側端部、５０ｂ…下流側端部、５２…Ｒ部、５５…湾曲面、５６…スリット、６０…整流部材（ガイド部材）

Claims (7)

1. 空気を流入させる吸込口を有するケーシングと、
   前記ケーシング内の中央部に配置され、鉛直軸周りに回転することで、前記吸込口から吸込んだ空気を昇圧して外周側に送り出すファンと、
   前記ファンの外周側に設けられ、前記ファンにより送り出された前記空気を加熱または冷却する室内熱交換器と、
   前記室内熱交換器に対して前記ファンに対向する側に設けられ、前記ファンにより送り出された前記空気を前記室内熱交換器の下部に向けて導くガイド部材と、
   を備えていることを特徴とする空調用室内ユニット。
2. 前記ガイド部材は、前記室内熱交換機において前記ファンに対向する側の表面に沿って設けられるとともに、前記ファンにより送り出された前記空気の流れの上流側に位置する上流側端部が、前記流れの下流側に位置する下流側端部よりも上方に位置するよう設けられていることを特徴とする請求項１に記載の空調用室内ユニット。
3. 前記ガイド部材において、前記ファンに対向する側の端部が、前記ファンにより送り出された前記空気の流れの剥離防止のため、Ｒ断面とされていることを特徴とする請求項２に記載の空調用室内ユニット。
4. 前記ガイド部材が、上方または下方に凸となる湾曲面を下面に有していることを特徴とする請求項２または３に記載の空調用室内ユニット。
5. 前記ガイド部材は、前記上流側端部の幅に対し、前記下流側端部の幅が小さく形成されていることを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の空調用室内ユニット。
6. 前記ガイド部材に、その両面を貫通するスリットまたは孔が形成されていることを特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載の空調用室内ユニット。
7. 前記ファンおよび前記室内熱交換器の下方にドレンパンが設けられ、
   前記ガイド部材は、前記ドレンパンにおいて、前記ファンの外周側であって、前記室内熱交換器の下部に対向する位置に設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の空調用室内ユニット。

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