JP2014126245A - 空調ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】性能を維持しながら、周方向の偏りに起因する騒音を低減できる空調ユニットを提供すること。
【解決手段】室内ユニット１は、冷媒と空気との間で熱交換する熱交換器１１と、熱交換器１１に向けて送風するファン１２と、ファン１２へと空気を流入させるベルマウス１４と、熱交換器１１、ファン１２、およびベルマウス１４を収容するとともに、ベルマウス１４の拡径部１５に対向する矩形状の吸込口２１が形成される天井面パネル２０と、を備えている。拡径部１５の流路は、相対的に幅が狭い狭流路Ｐ１と幅が広い広流路Ｐ２とに仕切られるとともに、狭流路Ｐ１は吸込口２１の四隅の角部Ｃに位置し、広流路Ｐ２は隣り合う角部Ｃの間に位置する。
【選択図】図３

Description

本発明は、空調ユニットに関する。

空気調和機を構成する室内ユニットとして、天井に設置されて四方向から風を吹き出すタイプが普及している。その四方吹き室内ユニットの天井面パネルには、四辺に沿って吹出口が設けられているとともに、中央部に矩形状の吸込口が設けられている。吸込口から、ベルマウスを介してファンに吸い込まれる空気は、熱交換器の内部を流通した後、吹出口から吹き出される。
ここで、ベルマウスおよびファンのケースは円形であるのに対して吸込口が矩形とされているので、吸込口からベルマウスに向けて流入する空気の流速分布に偏りが生じる。その偏りに伴って騒音が発生しうる。

特許文献１に記載された天井埋め込み型の四方吹き室内ユニットは、フラットパネルによって隠された吸込口の背面側に設けられるプレフィルタと、ベルマウスの内周に設けられるメッシュ部材とを備えている。それらのプレフィルタおよびメッシュ部材による整流作用により、流入空気の流れを周方向に均一化することで、騒音を低減している。

また、特許文献２に記載された室内ユニットは、壁に沿って配置される薄型の床置タイプで、フラットパネルにより隠されるケース開口に空気を流入させる吸込口が、ケースの上下に設けられているとともに、吹出口がケースの左右に設けられている。
この特許文献２のベルマウスの表面には、円弧翼状の複数のリブが形成されている。薄型で吸込通路が狭い空気調和機では、ベルマウスの全周方向からファンへと空気が均一に流入しないために、流入空気に予旋回が与えられないが、円弧翼状のリブによって流入空気に予旋回を与え、ファンに向けてガイドする。これにより、ブレード前縁の気流の乱れが緩和されるので騒音が低減される。

特開２０１０−１８１０５８号公報 特開２００９−０２４５９５号公報

特許文献１のようにプレフィルタおよびメッシュ部材を設けると、吸込口の全体に亘って圧力損失が増加するので、圧力損失が大となる。そのためファンの回転数を増加すると、騒音が大きくなってしまう。
また、特許文献２のようにベルマウスに円弧翼状のリブを形成しても、周方向の流れが不均一なまま予旋回が与えられるだけなので、周方向の流れの偏りに起因する騒音が生じるおそれがある。
本発明は、上記のような課題に基づいて、性能を維持しながら、周方向の偏りに起因する騒音を低減できる空調ユニットを提供することを目的とする。

本発明の空調ユニットは、冷媒と空気との間で熱交換する熱交換器と、熱交換器に向けて送風するファンと、ファンへと空気を流入させるベルマウスと、熱交換器、ファン、およびベルマウスを収容するとともに、ベルマウスの拡径部に対向する矩形状の吸込口が形成される筐体と、を備えている。
そして、本発明では、拡径部の流路は、相対的に幅が狭い狭流路と幅が広い広流路とに仕切られるとともに、狭流路は吸込口の四隅の角部に位置し、広流路は隣り合う角部の間に位置することを特徴としている。

ファンが回転されると、吸込口からベルマウスへと空気が流入する。そのとき、吸込口の角部から流入する流速大の気流は、狭流路により圧力損失が与えられることで流速が低下する。一方、隣り合う角部の間から流入する気流は、広流路により流速が確保される。
その結果、吸込口の角部を通る気流と、隣り合う角部の間を通る気流との流速差が小さくなるので、周方向の偏流が抑制される。
ここで、狭流路が形成されるのは、ファンに向かう吸い込み流路の始端である吸込口近くの拡径部であり、その位置は、それよりも下流側と比べて流速が小さい。そのため、狭流路により圧力損失を付与しても、吸い込み流路全体で見れば圧力損失が大きくならない。しかも、全周ではなく角部のみに圧力損失を付与しているので、狭流路による圧力損失は無視しうる。
したがって、本発明によれば、性能を維持しながら、周方向の流れの偏りに起因する騒音を低減することができる。

本発明の空調ユニットでは、狭流路および広流路は、拡径部に形成される複数のリブによって仕切ることができる。
そのとき、狭流路を間に挟む２つのリブの少なくとも一方は、当該リブの内周側端部を通るベルマウスの法線に対して、２つのリブの間隔が上流側で狭まる向きに傾斜していることが好ましい。
それにより、２つのリブの間隔の上流側の拡がりが抑えられるので、角部からの流入空気に圧力損失を効率的に与えて流速を低下させることができる。

また、本発明の空調ユニットでは、吸込口に対する狭流路の吸込面積をＳ１、吸込口に対する広流路の吸込面積をＳ２、とし、狭流路の下流側の幅をＬ１、広流路の下流側の幅をＬ２、とすると、Ｓ１およびＬ１の乗算値と、Ｓ２およびＬ２の乗算値とがほぼ等しいことが好ましい。

上記の乗算値は、吸込面積が相対的に大であるために流速が大である角部に位置する狭流路では、その幅Ｌ１を広流路の幅Ｌ２よりも狭くするという指標となる。これに基づいて、狭流路の流量と広流路の流量とを合わせるのが好ましい。
上記の乗算値の間には、ある程度の差が許容される。

本発明の空調ユニットによれば、性能を維持しながら、周方向の流れの偏りに起因する騒音を低減できる。

本発明の実施形態に係る室内ユニットの分解斜視図である。 室内ユニットの断面図である。 ベルマウスの正面図である。 周方向角度に対する流速のイメージを示すグラフである。

以下、添付図面に示す実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１および図２に示す室内ユニット１は、図示しない室外ユニットと共に空気調和機を構成している。
室内ユニット１は、天井に埋め込まれる箱形のケース１０に収められる熱交換器１１と、熱交換器１１に向けて送風するファン１２と、ファンを駆動するファンモータ１３（図２）と、ファン１２へと空気を流入させるベルマウス１４と、吸込口２１および吹出口２２が設けられる天井面パネル２０と、を備えている。

ファン１２は、遠心ファンとされていて、ハブ１２０に設けられる複数のブレード１２１と、ブレード１２１の軸線方向下端側を覆うシュラウド１２２とを備えている。
シュラウド１２２の内側には、図２に示すように、ベルマウス１４の端部が挿入されている。ベルマウス１４の構成は後述する。
熱交換器１１は、ケース１０内部の四辺に沿って環状に配置されており、ブレード１２１の外周に対向している。

天井面パネル２０は、天井面に設置される矩形状の部材であり、ケース１０の開口を覆う。この天井面パネル２０およびケース１０によって室内ユニット１の筐体が構成されている。
吸込口２１は、天井面パネル２０に形成された矩形状の開口とされている。吸込口２１には、柵状の吸込みグリル２１１が設けられている。吸込みグリル２１１の内側には、エアフィルタ２３（図２）が設けられている。
吹出口２２は、吸込口２１の周囲に、天井面パネル２０の四辺の各々に沿って形成された合計４つの細長い開口からなる。ファン１２によって昇圧され、ファン１２外周から熱交換器１１を通過した空気は、熱交換器１１外周とケース１０内周との間を抜けて、吹出口２２から室内へと吹き出される。

ベルマウス１４は、射出成形品であり、その径が基端から先端に向けて次第に拡がる拡径部１５と、拡径部１５の基端に連続する円筒状の等径部１６とを有している。このベルマウス１４は、拡径部１５を吸込口２１に向けて、ケース１０内に収容されている。
拡径部１５は、吸込口２１と同様に矩形状の平面外形とされるとともに、ケース１０の内部に固定されている。拡径部１５の外周縁１５１（図３）は、吸込口２１の開口周縁２１０に沿っている。

ベルマウス１４は、吸込口２１に臨む拡径部１５によって室内空気をスムーズに取り込み、等径部１６により整流してファン１２へと流入させる。
図３に示すように、拡径部１５の矩形状の外周縁１５１の内側に、拡径部１５基端の円形の開口周縁１５２が位置している。外周縁１５１から開口周縁１５２までの径方向の距離は、周方向で不均等であり、拡径部１５の四隅の角部Ｃ（コーナー部）では相対的に大きく（距離Ｄ１）、隣り合う角部Ｃの中間では相対的に小さい（距離Ｄ２）。

その径方向の距離Ｄ１，Ｄ２の相違に基づけば、吸込口２１に対して大きく開放されている角部Ｃから取り込まれる空気の流量は、隣り合う角部Ｃの間から取り込まれる空気の流量よりも大きい。つまり、拡径部１５では、吸込口２１が矩形状とされているのに基づいて、周方向の流量分布に濃淡が存在する。このような流量分布の気流が存在するうえに、吸込み面積に対して、ベルマウス１４の周方向の入口面積が等しいため、角部Ｃから取り込まれた気流は、それ以外の部分よりも流速が大となる。
それに伴って気流に周方向の偏りが発生するのを抑制するため、本実施形態では、角部Ｃに複数のリブ１７を形成し、それによって角部Ｃに敢えて圧力損失を付与することにより、周方向の流量（および流速）を均一化している。

複数のリブ１７は、拡径部１５の表面１５Ａに形成され、拡径部１５基端（開口周縁１５２）に交差する方向に直線状に延びている。
リブ１７は、対角の角部Ｃと角部Ｃを結ぶ対角線Ｎ１を挟んで一対をなしている。拡径部１５の四隅に、合計４組のリブ１７が形成されている。

各リブ１７は、表面１５Ａからベルマウス１４の軸線に沿って垂直に突出している。図２に示すように、リブ１７の下端とエアフィルタ２３との間には隙間が残されている。
リブ１７が形成される範囲は、拡径部１５の外周縁１５１から拡径部１５基端の開口周縁１５２までとされている。等径部１６の内周にはリブ１７が形成されていない。
リブ１７は、金型抜き方向（ベルマウス１４の軸線方向）に沿って拡径部１５に立設すればよいので、リブ１７を設けるにあたり金型形状を大きく変更する必要がない。

上記の複数のリブ１７により、拡径部１５の流路が、角部Ｃに位置する狭流路Ｐ１と、隣り合う角部Ｃの間に位置する広流路Ｐ２とに仕切られている。狭流路Ｐ１および広流路Ｐ２は、周方向において繰り返し配置されている。

狭流路Ｐ１の下流側の幅Ｌ１は、広流路Ｐ２の下流側の幅Ｌ２よりも狭い。また、狭流路Ｐ１の上流側の幅Ｌ１´も、広流路Ｐ２の上流側の幅Ｌ２´よりも狭い。
一対のリブ１７は、概略、開口周縁１５２の法線方向に沿って、ベルマウス１４の軸心Ｘから放射状に延びているが、一対のリブ１７の一方は、当該リブ１７の内周側端部を通る法線Ｎ２に対して、リブ１７の間隔が上流側で狭まる向きに若干傾斜している。そうすることにより、角部Ｃの流路が吸込口２１に対して大きく拡がるのを抑えている。
なお、一対のリブ１７の双方を法線に対して傾斜させることもできる。

ここで、吸込口２１に対する狭流路Ｐ１の吸込面積をＳ１、吸込口２１に対する広流路Ｐ２の吸込面積をＳ２とする。
本実施形態では、狭流路Ｐ１および広流路Ｐ２の各々の吸込面積Ｓ１，Ｓ２と、下流側の幅Ｌ１，Ｌ２に基づく次式（１）を、角部Ｃに設けるリブ１７の位置を設計するための指標としている。
Ｓ１×Ｌ１ ＝ Ｓ２×Ｌ２ …（１）

吸込面積Ｓ１，Ｓ２は、矩形状の吸込口２１と、円形のベルマウス１４との形状の相違に基づく、距離Ｄ１，Ｄ２が反映される要素である。
上記の式（１）に基づいて、狭流路Ｐ１の流量と広流路Ｐ２の流量とを合わせ込むのが好ましい。つまり、吸込面積Ｓ１が相対的に大であるために流量が大である角部Ｃに位置する狭流路Ｐ１では、その幅Ｌ１を広流路Ｐ２の幅Ｌ２よりも狭くするという指標が立つ。
なお、Ｌ１，Ｌ２には、狭流路Ｐ１および広流路Ｐ２の下流側幅の１／２の幅を設定することもできる。

ファンモータ１３によりファン１２が回転されると、吸込口２１からベルマウス１４へと空気が流入する。そのとき、角部Ｃから流入する流速大の気流が狭流路Ｐ１を通る。その狭流路Ｐ１では、幅が狭いために圧力損失が増加するので、流速が低下する。その結果、広流路Ｐ２を通る気流との流速差が小さくなるので、周方向の偏流が抑制される。
ここで、一対のリブ１７の一方が法線Ｎ２に対して傾斜することで狭流路Ｐ１の上流側の拡がりが抑えられているので、角部Ｃからの流入空気に圧力損失を効率的に与えて流速を低下させることができる。

本実施形態によれば、角部Ｃにリブ１７を設けることにより、図４に実線で示すように、ファン１２に吸い込まれる気流の流速分布の周方向の偏りが小となる。
一方、リブ１７が形成されていない場合には、図４に一点鎖線で示すように、四隅の角部Ｃに相当する角度で流速が大となるために周方向の流速分布の偏りが大である。

リブ１７は、ファン１２に向かう吸い込み流路の始端である吸込口２１の近くに位置しており、リブ１７の位置では、それよりも下流側と比べて流速が小さい。そのため、リブ１７により圧力損失を付与しても、吸い込み流路全体で見れば圧力損失が大きくならない。しかも、全周ではなく角部Ｃのみに圧力損失を付与しているので、狭流路Ｐ１による圧力損失は無視しうる。
したがって、本実施形態によれば、ファン１２の回転数を増加させることなく、ユニット性能を維持しながら、周方向の流れの偏りに起因するＮＺ音などの騒音を低減することができる。
なお、ＮＺ音は、回転数（Ｎ）×ブレード枚数（Ｚ）の周波数およびその高調波成分の音をいう。

上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施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。
上記実施形態のリブ１７はいずれも、概略、法線方向に延びているが、それらのリブ１７を法線に対してブレード１２１の向きに倣って傾斜させることもできる。
吸込口２１は、正方形であってもよい。その吸込口２１の対角線Ｎ１に対して、リブ１７を対称に形成するとよい。

また、上記実施形態では、図４の一点鎖線に示すように、流速大、流速小の二段階の流速分布に対応し、幅が異なる２種類の流路（Ｐ１，Ｐ２）が設けられているが、流速分布に応じて、幅が異なる３種類以上の流路を設けることもできる。例えば、吸込口２１の近くに電装ボックスが配置されることにより、流速大、流速小に加えて中間の流速が出現しうるので、各々の流速に対応する３種類の流路を設ければよい。

本発明は、四方吹きタイプの空調ユニットに好適であるが、吸込口が矩形状（正方形、長方形）である限り、吹出口の数および位置は限定されない。
また、本発明は、壁や床に設置される空調ユニットにも適用できる。

１ 室内ユニット
１０ ケース
１１ 熱交換器
１２ ファン
１３ ファンモータ
１４ ベルマウス
１５ 拡径部
１５Ａ 表面
１６ 等径部
１７ リブ
２０ 天井面パネル
２１ 吸込口
２２ 吹出口
２３ エアフィルタ
１２０ ハブ
１２１ ブレード
１２２ シュラウド
１５１ 外周縁
１５２ 開口周縁
２１０ 開口周縁
２１１ 吸込みグリル
Ｃ 角部
Ｄ１，Ｄ２ 距離
Ｌ１，Ｌ２ 幅
Ｎ１ 対角線
Ｎ２ 法線
Ｐ１ 狭流路
Ｐ２ 広流路
Ｓ１，Ｓ２ 吸込面積

Claims (4)

1. 冷媒と空気との間で熱交換する熱交換器と、
   前記熱交換器に向けて送風するファンと、
   前記ファンへと空気を流入させるベルマウスと、
   前記熱交換器、前記ファン、および前記ベルマウスを収容するとともに、前記ベルマウスの拡径部に対向する矩形状の吸込口が形成される筐体と、を備え、
   前記拡径部の流路は、相対的に幅が狭い狭流路と幅が広い広流路とに仕切られ、
   前記狭流路は、前記吸込口の四隅の角部に位置し、
   前記広流路は、隣り合う前記角部の間に位置する、
   ことを特徴とする空調ユニット。
2. 前記狭流路および前記広流路は、
   前記拡径部に形成される複数のリブによって仕切られている、
   請求項１に記載の空調ユニット、
3. 前記狭流路を間に挟む２つの前記リブの少なくとも一方は、
   当該リブの内周側端部を通る前記ベルマウスの法線に対して、
   前記２つのリブの間隔が上流側で狭まる向きに傾斜している、
   請求項２に記載の空調ユニット。
4. 前記吸込口に対する前記狭流路の吸込面積をＳ１、前記吸込口に対する前記広流路の吸込面積をＳ２、とし、
   前記狭流路の幅をＬ１、前記広流路の幅をＬ２、とすると、
   Ｓ１およびＬ１の乗算値と、Ｓ２およびＬ２の乗算値とがほぼ等しい、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の空調ユニット。

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