JP2016080208A - 天井埋込型空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】ターボファンと熱交換器との間に形成される空間に生じる旋回流を抑制して、空気の滞留を抑え、より熱交換効率の高い天井埋込型空気調和機を提供する。
【解決手段】ベルマウス７の背面側に整流板７４を設けて、ターボファン５から吹き出された空気の一部がベルマウス７の背面に沿ってターボファン５の回転方向と同方向に旋回する旋回流を整流板７４によって遮り、熱交換器６に向けて強制的に案内する。
【選択図】図３

Description

本発明は、天井埋込型空気調和機に関し、さらに詳しく言えば、ターボファンの回転に伴いベルマウスの背面に生じる旋回流を抑制した天井埋込型空気調和機に関する。

天井埋込型空気調和機は、内部に熱交換器および送風機（ターボファン）を備えたケーシング本体を有し、ケーシング本体が天井スラブと天井パネルとの間に形成された空間に埋設されている。ケーシング本体の下面には、扁平な四角形状の化粧パネルが取り付けられ、そこに空気吸込口と空気吹出口が設けられている。

特許文献１において、ケーシング本体は直方体形状であって、その中央にターボファンが配置され、ターボファンの外周を囲むように熱交換器が配置されている。空気吸込口とターボファンとの間には、ベルマウスが設けられており、空気吸込口からケーシング本体内に取り込まれた空気をターボファンの内側に案内するようになっている。

ターボファンは、中心に回転軸が固定されるハブを有する主板と、同主板に対して回転軸の軸線方向に対向して配置されるシュラウドと、主板とシュラウドの間に配置される複数枚のブレードとを有し、シュラウドの中央には、ベルマウスの一部をターボファンの内側に差し込むための開口部が設けられている。

ベルマウスは、空気吸込口の形状に合わせて四角形状に形成された基部と、基部の中心からターボファンの内側に向かってラッパ状に形成された吸込案内部とを有し、ターボファンを駆動することにより、空気吸込口からベルマウスを通ってターボファンの内側に空気が吸い込まれる（特許文献１の図２参照）。

ターボファンから吹き出された空気は、周囲の熱交換器に向かって吹き出され、熱交換器の放熱フィンの間を通って冷媒と熱交換されてから、送風路を通って空気吹出口から室内へと吹き出される。ここで、ターボファンの軸方向の吹出範囲は、吹出口の軸方向高さによって決まるが、通常、吹出口の軸方向高さは、熱交換器の高さよりも低く設計されているため、熱交換器の吹出口に対向した部位と、吹出口から外れた部位とで風速分布にムラが生じ、熱交換のバランスが悪かった。

さらに別の問題として、送風路内のベルマウスの吸込案内部側とは反対の背面側は、吹出抵抗が高く、空気の一部がベルマウスとターボファンとの間に形成される隙間からターボファンの内部に漏れ（再循環）が起きることにより、熱交換器を通過しない空気が、ベルマウスの背面側に滞留し、ターボファンの回転運動に伴って、ベルマウスの上記空気吸込口側の空気吸込面とは反対の背面に沿って旋回する、いわゆる旋回流が発生する。旋回流が生じると、熱交換器に流れる風量が減り、その分空気の流れが悪くなり熱交換効率が低下する。

そこで、特許文献２では、旋回流による吹出ロスを抑えるため、シュラウドの背面に放射状のリブを設け、ベルマウスとシュラウドの間に形成された隙間に近寄る空気を半径方向の外側に強制的に押し戻すようにしている。

しかしながら、特許文献２の方法においても、旋回流を解消するには至っておらず、熱交換効率の低下を防ぐ効果は小さい。また、リブを設けたことにより、風雑音や振動が増えるおそれもある。

特開２０１２−２１６５号公報 特開２００７−１００５４８号公報

そこで、本発明の目的は、ターボファンと熱交換器との間の空間に生じる旋回流を抑制して、空気の滞留を抑え、より熱交換効率の高い天井埋込型空気調和機を提供することにある。

上述した課題を解決するため、本発明は、下面の中央に空気吸込口を有し、上記空気吸込口の周囲に空気吹出口を有する天井埋め込み型のケーシング本体を有し、上記ケーシング本体の内部に、ターボファンと、上記ターボファンの外周側に配置された熱交換器と、上記空気吸込口から上記ターボファンの内側に向かって吸い込まれる空気を案内するベルマウスとが設けられている天井埋込型空気調和機において、上記ベルマウスの上記空気吸込口側の空気吸込面とは反対の背面側には、上記ターボファンから吹き出された空気の一部が、上記ベルマウスの背面に沿って上記ターボファンの回転方向と同方向に旋回する旋回流を抑制するための整流板が設けられていることを特徴としている。

より好ましい態様として、上記整流板は、上記ベルマウスの上記空気吸込口側の空気吸込面とは反対の背面に立設されていることが好ましい。

また、別の態様として、上記ケーシング本体の内部には、上記熱交換器によって生じる結露水を受け止めるドレンパンを有し、上記整流板は、上記ドレンパンに立設されていることが好ましい。

さらに好ましい態様として、上記整流板は、上記ベルマウスの背面を基端とし垂直に立設される第１整流辺と、上記第１整流辺の先端から水平に延在する第２整流辺とを有し、上記第１整流辺は、上記通風面に沿って平行に形成されていることを特徴としている。

また、上記熱交換器は、第１〜第４の熱交換部を有し、上記整流板は、上記第１〜第４の熱交換部の各々に対し所定の間隔をもって対向して配置され、上記整流板は、上記各熱交換部の通風面と、上記通風面に対向する上記整流板の端面との距離が最も接近する位置に配置されていることを特徴としている。

さらに、上記整流板は、上記ベルマウスに一体成型されており、上記ベルマウスの強度を補強する補強板も兼ねていることを特徴としている。

本発明によれば、ベルマウスの背面側に整流板を設け、整流板に旋回流を当てることにより、旋回流をベルマウスの外側の熱交換器に向けて強制的に押し出すことにより、ターボファンと熱交換器との間の空間に生じる旋回流を抑制して、空気の滞留を抑え、旋回流を熱交換器側に押し出すことにより、熱交換効率を高めることができる。

本発明の一実施形態に係る天井埋込型空気調和機のケーシング本体を下側から見た斜視図。 図１のケーシング本体の化粧パネルを取り外した状態の斜視図。 上記ケーシング本体の内部構造を示す断面図。 ベルマウスを（ａ）正面側から見た斜視図、（ｂ）背面側から見た斜視図。 ベルマウスの（ａ）正面図および（ｂ）背面図。 熱交換器と電装品箱の取付位置の位置関係を説明する底面図。 ドレンパン側に整流板を設けた態様を示す断面図。 ベルマウスの裏面に整流板を設けた場合の整流効果を説明するための説明図。

次に、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１〜図３に示すように、この天井埋込型空気調和機１は、天井スラブと天井パネルとの間に形成された空間に収納される直方体状のケーシング本体２を備えている。ケーシング本体２は、角部が面取りされた正方形状の天板２１と、同天板２１の各辺から下方に延在する４枚の側板２２ａ〜２２ｄ（以下、第１側板〜第４側板２２ａ〜２２ｄとする）とを有し、底面２０（図１では下面）が開放された箱形容器からなる。この実施形態において、ケーシング本体２の角部は、天板２１の形状に合わせて面取りされている。

ケーシング本体２の底面２０は、室内に向けて開放されており、中央には断面が四角形状の空気吸込通路２３が形成されている。ケーシング本体２の底面２０には、空気吸込通路２３の四辺を囲むように空気吹出通路２４が形成されている。

ケーシング本体２の底面２０には、化粧パネル３がネジ止めされている。化粧パネル３は、合成樹脂製の扁平な正方形であって、中央にケーシング本体２の空気吸込通路２３に連通する四角形状の空気吸込口３１が設けられている。空気吸込口３１の周りには、長方形状をなす空気吹出口３２が、空気吸込口３１の各辺に沿って４箇所に配置されている。空気吹出口３２の背面側（天井面側）は、空気吹出通路２４に連通している。

空気吸込口３１には、吸込グリル４が空気吸込口３１を覆うように設けられている。吸込グリル４は、合成樹脂の成形品からなり、ケーシング本体２の底面を覆う扁平な正方形状に形成されている。

この実施形態において、各空気吹出口３２は、それぞれ電動開閉式の風向板３２１によって覆われており、化粧パネル３の背面側に設けられた図示しない回動手段によって空調運転時に開かれ、空気吹出口３２が現れるようになっている。

ケーシング本体２の内部には、送風ファンとしてのターボファン５と、熱交換器６とが収納されており、空気吸込口３１からターボファン５に至る空気吸込通路２３には、空気吸込口３１から吸い込まれた空気をターボファン５に導くベルマウス７が配置されている。

ターボファン５は、中心に駆動モータ５１の回転軸５１１が固定されるハブ５２１を有する主板５２と、主板５２に対して回転軸５１１の軸線方向に対向させて配置されるシュラウド５３と、主板５２とシュラウド５３の間に配置される複数枚のブレード５４とを備えている。シュラウド５３の中央には、ベルマウスの一部をターボファンの内側に差し込むための開口部５３１が設けられている。

ターボファン５は、ケーシング本体２内のほぼ中央に配置されており、天板２１に設置されたファンモータ５１によって吊り持ちされている。これによれば、ターボファン５の回転駆動に伴い、ベルマウス７の空気吸込口３１側（図３では下面側）が負圧となり、空気吸込口３１から吸い込まれた空気は、ベルマウス７を通ってターボファン５の内側に吸い込まれ、ブレード５４を通って、外周方向に向かって吹き出される。

図３，図６に示すように、熱交換器６は、天板２１から底面開口に向かって垂直に延在し、第１側板２２ａに沿って平行に配置された第１熱交換部６ａと、第２側板２２ｂに沿って平行に配置された第２熱交換部６ｂと、第３側板２２ｃに沿って平行に配置された第３熱交換部６ｃと、第４側板２２ｄに沿って平行に配置された第４熱交換部６ｄとを有し、ターボファン３の外周を取り囲むように四角い枠型に形成されている。

この実施形態において、熱交換器６は、短冊状の放熱フィンを所定間隔をもって多数配置した放熱フィン群６１を有し、放熱フィン群の中に多数の伝熱管６２が互いに平行に挿通された長尺の板状体からなり、４箇所を折曲加工することにより四角形状に形成されている。

熱交換器６は、４箇所の折曲部６ｅ〜６ｈを有し、そのうち、第１熱交換部６ａおよび第２熱交換部６ｂの間に形成された第１折曲部６ｅと、第２熱交換部６ｂおよび第３熱交換部６ｃの間に形成された第２折曲部６ｆとは、第１熱交換部６ａおよび第２熱交換部６ｂ、第２熱交換部６ｂおよび第３熱交換部６ｃが、それぞれ直角になるように折り曲げられている。

第３熱交換部６ｃおよび第４熱交換部６ｄの間に位置する第３折曲部６ｇおよび第４折曲部６ｈは、ドレンポンプ（図示しない）の設置スペースを確保するため、第３折曲部６ｇおよび第４折曲部６ｈの２つの折曲部６ｇ、６ｈを合わせて、第３熱交換部６ｃおよび第４熱交換部６ｄが直角になるように折り曲げられている。なお、第４折曲部６ｈを設けず、第３折曲部６ｇのみで、第３熱交換部６ｃおよび第４熱交換部６ｄが直角になるように折り曲げられてもよい。

熱交換器６の両端部６３，６４には、伝熱管６２の端部が引き出されており、一方の端部６３には、Ｕ字管（図示しない）が接続されている。他方の端部６４には、ガス側と液側とが、それぞれ１つの集合管にまとめられ、ガス側配管Ｇと液側配管Ｌに接続されるようになっている。

この実施形態において、熱交換器６は、１つの熱交換器を折り曲げ加工して、図６の平面視で四角形状に形成しているが、４つの小型の熱交換器の端部同士を繋ぎ合わせて形成してもよい。

このように、熱交換器６は、第１〜第４折曲部６ｅ〜６ｈでそれぞれ折り曲げられることにより、熱交換器６が平面視で四角形状に折り曲げられ、その端部６３，６４同士が、所定の間隔をもって配置されている。

この実施形態において、図６に示すように、端部６３，６４は、ケーシング本体２の右上の隅部Ａに配置されており、ケーシング本体２の隅部Ａからガス側配管Ｇと液側配管Ｌが外に引き出されている。

熱交換器６は、図示しない冷房運転と暖房運転とが可能な可逆式の冷凍サイクル回路に接続されており、冷房運転時には蒸発器として機能して空気を冷却し、暖房運転時には凝縮器として機能して空気を加熱する。

熱交換器６の下端側には、熱交換器６で生成される結露水を受け止めるドレンパン８が設けられている。ドレンパン８は、熱交換器６の下端側が収納される樋部８１を有し、熱交換器６から滴下する結露水が樋部８１で受け止められ、図示しないドレンポンプによって汲み上げられるようになっている。

図４および図５を参照して、ベルマウス７は、合成樹脂製の成形品からなり、正面７Ａ側（図４（ａ）の平面側）には、空気吸込口３１の形状に合わせて四角形状に形成された基部７１と、基部７１の中央部からターボファン５の内側に向かってラッパ状に形成された吸込案内部７２とを備え、ドレンパン８にネジ止めされている。

基部７１は、空気吸込口３１の形状に合わせて四角形状に形成された凹部であって、その一部には後述する電装品箱９が配置される収納凹部７３が形成されている。収納凹部７３は、ケーシング本体２の隅部Ａの上に位置する隅部を中心とし、そこから第１熱交換部６ａと第４熱交換部６ｄとに平行に延在する凹部であって、そこに電装品箱９が収納されるようになっている。

吸込案内部７２は、ターボファン５の回転軸５１１の中心方向に向かって徐々に外径が小さくなるラッパ状（漏斗状）に形成されており、その上端側に丸形の縁部７２１が形成されている。縁部７２１は、ターボファン５の開口部５３１内に向けて差し込まれている。

ベルマウス７の背面７Ｂ側（図４（ｂ）の平面側）は、基部７１、吸込案内部７２および収納凹部７３の形状に沿って形成されており、整流板７４が設けられている。

整流板７４は、基部７１と吸込案内部７２の境界部７１１付近の背面から垂直に延在する第１整流辺７４１と、第１整流辺７４１の上端から吸込案内部７２の縁部７２１に向かって水平に延在する第２整流辺７４２とを有する板状に形成されている。整流板７４は、この例では９０°間隔で４箇所に設けられている。

整流板７４の第１整流辺７４１は、上述したように基部７１に対して垂直な辺であって、第１整流辺７４１に対向する熱交換器６の通風面６５に対して平行となるように配置されている。整流板７４は、第１整流辺７４１を設けたとき、その第１整流辺７４１と、各熱交換部６ａ〜６ｄの通風面６５との間の距離が最も接近する位置に配置されている。この位置は、本実施例では、円形状の境界部７１１と四角形状の基部７１の外周７１２の距離が最も短くなる位置である。

各整流板７４のうち、収納凹部７３の背面側に配置された整流板７４ａは、収納凹部７３の形状に合わせて裏面側が張り出しており、他の整流板７４よりも第１整流辺７４１の長さが短く形成されているが、各第２整流辺７４２はともに、同一平面上に位置するように形成されている。

これによれば、図８に示すように、整流板７４が、ベルマウス７の背面に沿って流れる旋回流の流れを堰き止めて、ベルマウス７の外側に向けて空気を強制的に押し出すことにより、ターボファン５と熱交換器６との間の空間に生じる旋回流を抑制して、空気の滞留を抑え、旋回流を熱交換器側に押し出すことにより、熱交換効率を高めることができる。

また、整流板７４は、ベルマウス７に一体成型されており、ベルマウス７の強度を補強する補強板も兼ねている。これによれば、整流板７４によってベルマウス７の強度が向上し、成型時の熱変形も抑制できるため、ベルマウス７の寸法精度を高めることができ、ベルマウス７とシュラウド５３との間に形成された隙間Ｇの間隔をより狭くすることが可能となり、隙間Ｇからターボファン５への空気の再循環が減り、熱交換効率をさらに高めることができる。

この実施形態において、整流板７４はベルマウス７の背面に一体成型されているが、整流板７４はベルマウス７の背面側に沿って流れる旋回流を遮るように配置されていればよいため、その配置対象はベルマウス７に限定されない。

すなわち、図７に示すように、ドレンパン８には、整流板７４（以下、第１整流板７４という）と協働して旋回流を遮る第２整流板８２が設けられている。第２整流板８２は、樋部８１のターボファン５側に位置する上端部から第１整流板７４に向けてネジ止めされた板体からなり、第１整流板７４と平行となるように配置されている。

第２整流板８２は、第１整流板７４の第２整流辺７４２と同じ高さの板体で、第１整流板７４の第１整流辺７４１と突き合わされて配置されることにより、１枚の大きな整流板として機能する。これによれば、第１整流板７４に突き当たった旋回流は、第１整流板７４から第２整流板８２を通って、熱交換器６の近傍まで移動するため、より熱交換効率を高めることが可能となる。

この実施形態において、整流板は、第１整流板７４と第２整流板８２とを組み合わせて１枚の大きな整流板を構成しているが、第１または第２整流板７４，８２のいずれか一方のみであってもよく、その場合、１枚の整流板を大きく形成することが好ましい。

図２および図６に示すように、電装品箱９は、内部に基板や電装品（ともに図示しない）が収納される上面が開放された箱本体９１と、同箱本体９１の開放面を塞ぐ蓋９２とからなる。この実施形態において、電装品箱９は金属板を折り曲げ加工したものからなる。

箱本体９１は、第１および第２収納部９１ａ，９１ｂを有し、それらが互いに直交するようなＬ字状に形成されている。第１収納部９１ａの吸込案内部７２に対向する側壁には、温湿度センサー９３が突設されている。

蓋部９２は、箱本体９１の開口部に合わせてＬ字状に形成されており、第１収納部９１ａを覆う第１蓋部９２ａと、第２収納部９１ｂを覆う第２蓋部９２ｂとを備えている。蓋部９２は箱本体９１の開放面に沿って水平に形成されているが、吸込案内部７２に対向する角部は、通風方向の上流から下流側に向かって徐々に高さが低くなるテーパー面９４が形成されている。

これによれば、電装品箱９の表面に沿って流れる空気がテーパー面９４を通ってスムーズにベルマウス７に向かって案内される。その結果、通風抵抗を小さくでき、熱交換効率の低下を抑制することができる。

以上説明したように、本発明によれば、ベルマウスの背面側に整流板を設け、整流板に旋回流を当てることにより、ターボファン５と熱交換器６との間の空間に生じる旋回流を抑制して、空気の滞留を抑え、旋回流を熱交換器側に押し出すことにより熱交換効率を高めることができる。

１ 天井埋込型空気調和機
２ ケーシング本体
２０ 底面
２１ 天板
２２ａ 第１側板
２２ｂ 第２側板
２２ｃ 第３側板
２２ｄ 第４側板
２３ 空気吸込通路
２４ 空気吹出通路
３ 化粧パネル
３１ 空気吸込口
３２ 空気吹出口
３２１ 風向板
４ 吸込グリル
５ 送風ファン
５１ 駆動モータ
５２ 主板
５３ シュラウド
５４ ファンブレード
６ 熱交換器
６ａ 第１熱交換部
６ｂ 第２熱交換部
６ｃ 第３熱交換部
６ｄ 第４熱交換部
６ｅ 第１折曲部
６ｆ 第２折曲部
６ｇ 第３折曲部
６ｈ 第４折曲部
６１ 放熱フィン群
６２ 伝熱管
６３，６４ 端部
６５ 通風面
７ ベルマウス
７Ａ 正面側
７Ｂ 背面側
７１ 基部
７２ 吸込案内部
８ ドレンパン
９ 電装品箱
９１ 箱本体
９１ａ 第１収納部
９１ｂ 第２収納部
９２ 蓋
９２ａ 第１蓋部
９２ｂ 第２蓋部
９３ 温湿度センサ
９４ テーパー面

Claims (6)

1. 下面の中央に空気吸込口を有し、上記空気吸込口の周囲に空気吹出口を有する天井埋め込み型のケーシング本体を有し、上記ケーシング本体の内部に、ターボファンと、上記ターボファンの外周側に配置された熱交換器と、上記空気吸込口から上記ターボファンの内側に向かって吸い込まれる空気を案内するベルマウスとが設けられている天井埋込型空気調和機において、
   上記ベルマウスの上記空気吸込口側の空気吸込面とは反対の背面側には、上記ターボファンから吹き出された空気の一部が、上記ベルマウスの背面に沿って上記ターボファンの回転方向と同方向に旋回する旋回流を抑制するための整流板が設けられていることを特徴とする天井埋込型空気調和機。
2. 上記整流板は、上記ベルマウスの上記空気吸込口側の空気吸込面とは反対の背面に立設されていることを特徴とする請求項１に記載の天井埋込型空気調和機。
3. 上記ケーシング本体の内部には、上記熱交換器によって生じる結露水を受け止めるドレンパンを有し、上記整流板は、上記ドレンパンに立設されていることを特徴とする請求項１に記載の天井埋込型空気調和機。
4. 上記整流板は、上記ベルマウスの背面を基端とし垂直に立設される第１整流辺と、上記第１整流辺の先端から水平に延在する第２整流辺とを有し、上記第１整流辺は、上記熱交換器の通風面に沿って平行に形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の天井埋込型空気調和機。
5. 上記熱交換器は、第１〜第４の熱交換部を有し、上記整流板は、上記第１〜第４の熱交換部の各々に対し所定の間隔をもって対向配置され、上記整流板は、上記各熱交換部の通風面と、上記通風面に対向する上記整流板の端面との距離が最も接近する位置に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の天井埋込型空気調和機。
6. 上記整流板は、上記ベルマウスに一体成型されており、上記ベルマウスの強度を補強する補強板も兼ねていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の天井埋込型空気調和機。