JP2017110818A - 天井埋込型空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザーが要望するエリアごとの温度分布を迅速に達成できる個別温度制御空調を実現することにより、ユーザーが要求するエリアに必要な温度空間を提供する。
【解決手段】一端が開口された室内機本体ケーシング１と、前記室内機本体ケーシング１の天板２の略中央に配置された送風機３と、前記送風機３の吸込み側開口と合わせるように略中央に配置された中央部開口７と、前記中央部開口７の外周側に配置された複数の外周部開口８を有する化粧パネル６と、前記送風機３の周囲に前記送風機３を囲むように配置された熱交換器４と、前記熱交換器４の下部を覆うドレンパン５と、前記熱交換器４の外周側と前記室内機本体ケーシング１内部の空間を区画する仕切板１０と、前記仕切板１０で区画された複数の風路１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄと、を有することで、エリアごとの温度分布を安定的に維持し、快適性を向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気を吸い込む開口と、空気を吹き出す複数の開口を有する天井埋込型空気調和機に関するものである。

天井埋込型空気調和機とは、室内空気の温度、湿度、清浄度の少なくとも何れかひとつを調整するための空気調整用機器を備えた装置を意味する。

図１３は、従来の天井埋込型空気調和機の基本的な構造を分解図として説明する斜視図であり、図１４は、熱交換器冷媒入口側から冷媒出口側に向かって発生する、フィン通過後の空気温度のばらつきの関係を示した図である。

天井埋込型空気調和機は、下部が開いた室内機本体ケーシング１の天板２の略中央に、回転軸が略鉛直方向下向きとなるように送風機３が吊るされており、送風機３の周囲に送風機３を囲むように配置され、下部をドレンパン５で覆われた熱交換器４と、化粧パネル６に少なくとも略２方向の外周側に設けられた外周部開口８から構成される。

そして送風機３を所定の回転方向に回転させると、化粧パネル６の中央部開口７から吸い込まれた空気は送風機３の下部開口に吸い込まれ、送風機３の任意数の翼で昇圧された空気が熱交換器４に送風され、熱交換器４を通過し、熱交換した後に化粧パネル６の外周部開口８から室内空間に吹き出される。

このとき化粧パネル６の複数の外周部開口８から室内空間に吹き出される空気の温度は、熱交換器４の内部の圧力損失や、相変化により、図１２に示すようにフィン通過後の空気温度にばらつきが生じるため、それぞれの開口で異なることになる。これが室内空間の予期せぬ温度ムラを引き起こす要因となっていた。

この問題に対して、輻射温度センサの検知情報に基づいた気流制御等により、室内空間の温度ムラを改善する特許が考案されている（特許文献１参照）。

特開２０１０−８００４号公報

ところで、空気調和の本来の目的は快適性の向上であり、室内空間の温度ムラを改善することが必ずしも快適性の向上につながるとは限らない。人が快適と感じる温度には個人差があるため、真の快適空間を創造するには、ユーザーの要望に応じてエリアごとに個別に温度制御を行うことが望ましい。

しかしながら、上述した特許文献に示される従来の天井埋込型空気調和機では、各方向に対応した吹出し温度は、ある平均吹出し温度が設定されている場合には一意に決定され制御出来ず、このため部屋全体の平均温度の設定値に基づいて熱交換器の平均温度を制御した場合、エリアごとに適切な吹出し温度を制御出来ず、ユーザーが要求する必要な温度空間を提供するには限界がある。

本発明の目的は、化粧パネルの開口ごとに異なる吹出し空気の温度を積極的に利用し、ユーザーが要望するエリアごとの温度分布を迅速に達成できる個別温度制御空調を実現することにより、ユーザーが要求するエリアに必要な温度空間を提供することである。

本発明に係る天井埋込型空気調和機は、熱交換器から化粧パネルの開口に至るまでの風路を仕切板により複数の風路に区画することで、化粧パネルの開口ごとに異なる温度の空気を吹出させるとともに、その吹出し方向を調整することで、ユーザーが要望するエリアごとの温度分布を迅速に達成するものである。

これによって、特定のエリアに適切な吹出し温度の空気を供給することができ、ユーザーが要求する必要な温度空間を提供することが可能となる。

本発明の天井埋込型空気調和機においては、化粧パネルの開口から吹出す空気の温度幅を広げ、任意の方向に任意の温度の空気を吹出すことにより、エリアごとに適切な吹出し温度を制御することで、室内空間のあらゆるエリアの快適性を向上することができる。

本発明に係る実施の形態１における天井埋込型空気調和機の構造を分解図 本発明に係る実施の形態２における天井埋込型空気調和機の構造を分解図 本発明に係る実施の形態２における外周部開口の一例を示す図 本発明に係る実施の形態２における回転吹出口の一例を示す図 本発明に係る実施の形態３における天井埋込型空気調和機の構造を分解図 本発明に係る実施の形態３における天井埋込型空気調和機の風路構成を説明する断面図 本発明に係る実施の形態４におけるフィン形状の一例を示す図 本発明に係る実施の形態４におけるフィン形状と熱伝達率の関係を示す図 本発明に係る実施の形態４におけるフィン形状とフィン通過後の空気温度の関係を示す図 本発明に係る実施の形態５における冷媒配管経路が形成された熱交換器の一例を示す図 本発明に係る実施の形態５における混合冷媒を使用した冷凍サイクルにおけるＰｈ線図 本発明に係る実施の形態５におけるフィン形状とフィン通過後の空気温度の関係を示す図 従来の天井埋込型空気調和機の基本的な構造を分解図として説明する斜視図 熱交換器冷媒入口-出口間におけるフィン通過後の空気温度のばらつきの関係を示す図

第１の発明は、熱交換器４の外周側において仕切板１０で区画された複数の風路１１が設けられ、各風路において空気調和された温度帯の異なる空気を混合することなく、化粧パネル６に配置された外周部開口８に導き、さらに外周部開口８から吹き出す空気の方向を調整することにより、ユーザーが要求するエリアに必要な温度空間を提供する。

第２の発明は、化粧パネル１２の外周側に配置される少なくとも１つ以上の開口を回動可能とし、ユーザーが指定する任意の温度の空気を、任意の方向に吹き出す回転吹出口１６を備えた空気調和機を形成し、ユーザーが要求するエリアに、より高い空間精度で快適
温度空間を提供する。

第３の発明は、ユーザーが指定する任意の温度の空気を、任意の方向に吹き出す回転吹出口１６と、室内空間の平均温度を安定的に維持するための全体空調を担う均一な温度の空気を吹き出す外周部開口１４との双方を備えた空気調和機を形成し、部屋全体の平均温度の設定状況を維持しながら、特定のエリアに適切な吹出し温度の空気を供給し、ユーザーが要求するエリアに、より高い温度精度で快適温度空間を提供する。

第４の発明は、風路１１ごとに異なる仕様のフィンを配置した熱交換器４を備えた空気調和機を形成し、ユーザーが指定する任意の温度の空気の温度領域を広げ、ユーザーが要求するエリアに、より広い温度制御幅で快適温度空間を提供する。

第５の発明は、風路１１を段階的に通過するように冷媒経路が形成された熱交換器４を備えた空気調和機を形成し、ユーザーが指定する任意の温度の空気の温度領域を広げ、ユーザーが要求するエリアに、より広い温度制御幅で快適温度空間を提供する。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における天井埋込型空気調和機の構造を分解図として説明する斜視図である。なお、図１に示した天井埋込型空気調和機である室内ユニット１００は、本発明に係る天井埋込型空気調和機の一例を示すものであり、当該の室内ユニット１００は、このような天井埋込型空気調和機に限定されるものではない。

図１において、室内ユニット１００は、室内機本体ケーシング１と、天板２と、送風機３と、熱交換器４と、ドレンパン５と、化粧パネル６と、中央部開口７と、外周部開口８と、吸込みグリル９と、仕切板１０と、風路１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄと、を備える。

一端が開口された室内機本体ケーシング１の天板２の略中央に送風機３が配置され、送風機３の吸込み側開口と合わせるように略中央に化粧パネル６の中央部開口７が配置される。化粧パネル６には、中央部開口７の外周側に配置された複数の外周部開口８が配置される。送風機３の周囲に送風機３を囲むように熱交換器４が配置され、熱交換器４の下部を覆うようにドレンパン５が配置される。熱交換器４の外周側には、仕切板１０で区画された複数の風路１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが構成される。

以上のように構成された天井埋込型空気調和機について、以下その動作、作用を説明する。

ここでは仕切板１０により、風路が４つに区画された天井埋込型空気調和機について、その動作、作用を説明する。

まず、送風機３を所定の回転方向に回転させると、化粧パネル６の中央部開口７から吸い込まれた空気は送風機３の下部開口に吸い込まれ、送風機３の任意数の翼で昇圧された空気が熱交換器４に送風され、熱交換器４を通過する。このとき熱交換器４を通過する空気の温度は、熱交換器４の内部の圧力損失や、相変化によりばらつきが生じる。

仕切板１０は、熱交換器４を通過する空気が、化粧パネル６の外周部開口８に至るまでに混合さないように、風路１１を風路１１ａ〜風路１１ｄの４つの風路に区画し、化粧パ
ネル６の外周部開口８から吹き出す空気の温度がそれぞれ異なる室内機を形成する。

そして、これらの温度帯の異なる空気を、必要に応じて任意の方向に吹き出すことにより、ユーザーが要望するエリアごとの温度分布を達成できる個別温度制御空調を実現することができる。

なお、ここでは、風路が４つに区画された天井埋込型空気調和機について、その動作、作用を説明したが、風路１１の区画数を増やしたり、外周部開口８の数を増やすことにより、吹出し温度の選択幅が広がるとともに、吹出し方向の自由度をさらに向上させることができる。

また仕切板が２枚のみの構成では、１つの風路の空気のみの温度に着目して、熱交換器温度の制御を行い、その他の風路の空気は混合されて、均一な温度の空気として吹出す、天井埋込型空気調和機を形成することができる。

以上の構成により、気流を極端に変動させることなく、ユーザーが要望する個別温度制御空調を実現し、室内空間の快適性を向上させることができる。

（実施の形態２）
図２は、本発明に係る実施の形態２における天井埋込型空気調和機の構造を分解図として説明する斜視図である。また、図３は、本発明に係る実施の形態２における外周部開口の一例であり、図４は、本発明に係る実施の形態２における回転吹出口の一例である。

図２において、室内ユニット１０１は、室内機本体ケーシング１と、天板２と、送風機３と、熱交換器４と、ドレンパン５と、吸込みグリル９と、仕切板１０と、風路１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄと、回転吹出用化粧パネル１２と、中央部開口１３と、外周部開口１４ａと、回転吹出パネル１５と、回転吹出口１６ａと、回転吹出パネル駆動部１７と、を備える。

回転吹出用化粧パネル１２には、中央部開口１３と、複数の外周部開口８との間に、回転吹出パネル１５が配置される。また回転吹出パネル１５は、回転吹出口１６ａを有し、回転吹出パネル駆動部１７と組み合わされて回転機構を形成する。

また、その他の構成については、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。

以上のように構成された天井埋込型空気調和機について、以下その動作、作用を説明する。実施の形態１と同様に、送風機３を所定の回転方向に回転させると、化粧パネル６の中央部開口７から吸い込まれた空気は送風機３の下部開口に吸い込まれ、送風機３の任意数の翼で昇圧された空気が熱交換器４に送風され、回転吹出用化粧パネル１２の外周部開口１４ａから異なる温度の空気を吹き出す室内機が形成される。

また、回転吹出パネル１５は、組み合わされた回転吹出パネル駆動部１７により、回転運動を行う。その際に、風路１１ａから風路１１ｄの中から、回転吹出口１６ａから吹き出したい空気の温度に最も近い温度の空気をもつ風路１１と、回転吹出口１６ａとの回転角が一致するように回転運動を行う。これにより要求された温度の空気が、回転吹出パネル１５に設けられた回転吹出口１６ａより吹き出される。

なお、回転吹出口１６ａより吹き出す空気の量は、回転吹出用化粧パネル１２の外周部開口１４の開度と、回転吹出パネル１５に設けられた回転吹出口１６ａの開度を調整することにより、制御することができる。

また、外周部開口１４ａを、図３のような、開口面積の小さい、簡素化された外周部開口１４ｂにすれば、回転吹出口１６ａより、ユーザーが要望するエリアに吹き出す空気の量を、増大させることができるとともに、設計の自由度を向上させたり、コストの低減を図ることができる。

また、図４のように、外周部開口１４ａを省略し、回転吹出パネル１５に、回転吹出口１６ａの他に、より開口面積の小さい複数の回転吹出口１６ｂを配置することでも、同様の効果が得られる。

以上の構成により、ユーザーが要望するエリアに吹き出す空気の温度と、風量を自在に調整することができる個別温度制御空調を実現し、室内空間の快適性を向上させることができる。

（実施の形態３）
図５は、本発明に係る実施の形態３における天井埋込型空気調和機の構造を分解図として説明する斜視図であり、図６は本発明に係る実施の形態３における天井埋込型空気調和機の風路構成を説明する断面図である。

図５において、室内ユニット１０２は、室内機本体ケーシング１と、天板２と、送風機３と、熱交換器４と、ドレンパン５と、吸込みグリル９と、仕切板１０と、風路１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄと、回転吹出用化粧パネル１２と、中央部開口１３と、外周部開口１４と、回転吹出パネル１８と、回転吹出口１９と、混合空間連通孔２０と、回転吹出パネル駆動部２１と、を備える。

図６において、回転吹出パネル１８は、底面に回転吹出口１９と、外周側面に混合空間連通孔２０を備え、熱交換器４の外周を覆うように配置される。熱交換器４に具備された仕切板１０は、回転吹出パネル１８に内包される形で設置され、回転吹出パネル１８の内部空間の風路１１を複数の風路１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄに区画する。混合空間連通孔２０は、底部に回転吹出口１９を有しない部分の外周側面に配置され、回転吹出パネル１８の外周側と、室内機本体ケーシング１の内部との間に設けられた混合空間２２と、風路１１を連通する。また回転吹出パネル駆動部２１は、回転吹出パネル１８と組み合わされて回転機構を形成する。

また、その他の構成については、実施の形態２と同様であるため、説明を省略する。

以上のように構成された天井埋込型空気調和機について、以下その動作、作用を説明する。まず、回転吹出パネル１８は、その内周面が仕切板１０と接するように配置され、組み合わされた回転吹出パネル駆動部２１により、回転運動を行う。その際に、風路１１ａから風路１１ｄの中から、回転吹出口１９から吹き出したい空気の温度に最も近い温度の空気が流れ込む風路１１と、回転吹出パネル１８の下面に設けられた回転吹出口１９との回転角を合わせることにより、回転吹出口１９から吹き出したい温度の空気を吹き出す。

また、回転吹出口１９から吹き出したい温度とは異なる温度をもつ空気は、回転吹出パネル１８の外周側面に設けられた混合空間連通孔２０を経て、混合空間２２に流れ込んだのちに混合され、均一な温度の空気となり、外周部開口１４から吹き出される。

以上の構成により、室内空間の平均温度を安定的に維持するための全体空調を担う均一な温度の空気を吹き出す開口と、ユーザーが要望するエリアごとの温度分布を迅速に達成できる個別温度制御空調を担う任意の温度の空気を吹き出す開口の双方を備えた天井埋込
型空気調和機が形成され、室内空間の快適性を向上させることができる。

（実施の形態４）
図７は、本発明に係る実施の形態４におけるフィン形状の一例である。また図８は、本発明に係る実施の形態４におけるフィン形状と熱伝達率の関係を表したグラフである。

具体的には、図７では４つの風路にプレートフィン４ａ、ワッフルフィン４ｂ、スリットフィン４ｃ、マルチスリットフィン４ｄを配置した天井埋込型空気調和機を、図８ではプレートフィン４ａを基準とした場合の熱伝達率の比を表している。

ここで、一般的なスリットフィンが配置された４方向カセット型室内機において、Ｒ４１０Ａの蒸発温度を７℃、吸込空気温度を２７℃とした場合の出口空気温度は約１０.５
℃となり、上記条件における熱通過率を算出すると、５９.５Ｗ/ｍ２・Ｋとなる。

次に、図７に示す４種のフィンを各風路前に配置し、各フィンを通過する空気の風量が等しいと仮定して、図８に示す熱伝達率の比を適用すると、各フィンを通過した後の空気の温度は、図９のようになる。

このように、風路１１ａから風路１１ｄそれぞれに異なる仕様のフィン４ａから４ｄを備えた熱交換器を搭載することにより、ユーザーが選択した任意の開口から吹き出す空気の温度幅を、より広げることが可能となる。すなわち、任意の開口から吹き出す空気の温度の選択幅を広げることができる。

なお、上記では風路を４つに区画して、フィンピッチが等しい場合について、各フィンを通過した後の空気の温度を具体的に示したが、風路の区画数もしくはフィン形状、フィンピッチ、段ピッチ等の熱交換器仕様を変更することにより、選択する温度幅は自在に変更することが可能である。

また、蒸発温度、吹き出し風量等を制御することによっても、ユーザーが選択した任意の開口から吹き出す空気の温度を調整することが可能である。

以上の構成により、ユーザーが指定する任意の温度の空気の温度領域を広げ、より広い温度制御幅で個別温度制御空調を実現し、室内空間の快適性を向上させることができる。

（実施の形態５）
図１０は、本発明に係る実施の形態５における冷媒配管経路が形成された熱交換器の一例である。図１０において、熱交換器４は、複数の風路１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄごとに配置される異なる仕様のフィンであるプレートフィン４ａと、ワッフルフィン４ｂと、スリットフィン４ｃと、マルチスリットフィン４ｃと、を備える。

ここで、冷媒入口管２３と接続された配管は、マルチスリットフィン４ｄに配置される全ての配管を通過した後に、スリットフィン４ｃの入口管と接続されるような配管経路を形成する。次にスリットフィン４ｃの入口管は、スリットフィン４ｃに配置される全ての配管を通過した後に、ワッフルフィン４ｂの入口管と接続されるような配管経路を形成する。またワッフルフィン４ｂ、プレートフィン４ａについても、同様の配管経路を形成し、最終的にプレートフィン４ａの出口管と、冷媒出口管２４が接続されるような構成とする。

また、その他の構成については、実施の形態４と同様であるため、説明を省略する。

以上のような冷媒配管経路が形成された熱交換器を搭載した天井埋込型空気調和機について、以下その動作、作用を説明する。図１１は、本発明に係る実施の形態１〜５における混合冷媒を使用した冷凍サイクルにおけるＰｈ線図である。ここではＣＯ２とＲ３２が、質量パーセントで５０：５０に混合された混合冷媒を一例として示している。

図１１に示すように、このような混合冷媒では、２相領域において、等温線が水平でないために、蒸発温度に温度勾配が生じる。また上記の混合組成の冷媒の場合、蒸発圧力を２.２ＭＰａとした際の蒸発器入口温度は１℃となり、蒸発器出口温度は１３℃となる。

ここで、実施の形態４と同様に、一般的な４方向カセット型の天井埋込型空気調和機において、図７に示す４種のフィンを各風路前に配置し、各フィンを通過する空気の風量が等しいと仮定して、上記の混合冷媒を、蒸発圧力２.２ＭＰａ（平均蒸発温度７℃）で蒸
発させて、２７℃の吸込空気を熱交換器に通過させた場合、各フィンを通過した後の空気の温度は、図１２のようになる。

このように、風路ごとに異なる仕様のフィンを備えた熱交換器に、前述した冷媒配管経路を形成し、蒸発温度に温度勾配を生じる混合冷媒を流入させることにより、ユーザーが選択した任意の開口から吹き出す空気の温度幅を、さらに広げることが可能となる。すなわち、任意の開口から吹き出す空気の温度の選択幅を大幅に広げることができる。

なお、この空気の温度についても、実施の形態４と同様に、蒸発温度、吹き出し風量等を制御することにより、自在に調整することが可能である。

以上の構成により、ユーザーが指定する任意の温度の空気の温度領域をより広げることができ、さらに広い温度制御幅で個別温度制御空調を実現し、室内空間の快適性を向上させることができる。

本発明に係る吹出し方向の調整が可能な、異なる温度の空気を吹出す開口を備えた天井埋込型空気調和機は、ユーザーが要望するエリアごとの温度分布を迅速に達成できる個別温度制御空調を実現し、より快適性を向上する空気調和機に用いるのに最適である。

１ 室内機本体ケーシング
２ 天板
３ 送風機
４ 熱交換器
５ ドレンパン
６ 化粧パネル
７ 中央部開口
８ 外周部開口
９ 吸込みグリル
１０ 仕切板
１１ 風路
１１ａ 風路ａ
１１ｂ 風路ｂ
１１ｃ 風路ｃ
１１ｄ 風路ｄ
１２ 回転吹出用化粧パネル
１３ 中央部開口
１４ａ 外周部開口
１４ｂ 外周部開口
１５ 回転吹出パネル
１６ａ 回転吹出口
１６ｂ 回転吹出口
１７ 回転吹出パネル駆動部
１８ 回転吹出パネル
１９ 回転吹出口
２０ 混合空間連通孔
２１ 回転吹出パネル駆動部
２２ 混合空間
２３ 冷媒入口管
２４ 冷媒出口管
１００ 室内ユニット
１０１ 室内ユニット
１０２ 室内ユニット

Claims (5)

1. 一端が開口された室内機本体ケーシングと、
   前記室内機本体ケーシングの天板の略中央に配置された送風機と、
   前記送風機の吸込み側開口と合わせるように略中央に配置された中央部開口と、
   前記中央部開口の外周側に配置された複数の外周部開口を有する化粧パネルと、
   前記送風機の周囲に前記送風機を囲むように配置された熱交換器と、
   前記熱交換器の下部を覆うドレンパンと、
   前記熱交換器の外周側と前記室内機本体ケーシング内部の空間を区画する仕切板と、
   前記仕切板で区画された複数の風路と、
   を有することを特徴とする天井埋込型空気調和機。
2. 前記室内機本体ケーシング内に回動機構と、前記化粧パネルに少なくとも一つの開口を備えた回転吹出パネルと、を有す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. 前記室内機本体ケーシング内に混合空間と、前記混合空間と任意の風路とを連通させる連通機構と、を有することを特徴とする請求項１または２に記載の天井埋込型空気調和機。
4. 前記風路ごとに異なる仕様のフィンを備えた熱交換器を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の天井埋込型空気調和機。
5. 前記風路を段階的に通過するように冷媒経路が形成された前記熱交換器を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の天井埋込型空気調和機。

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