JP2018025357A - 室内機および空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】吹出口の熱交換器周方向端部で生じる渦を抑制し、ルーバー付近の流れ場を整流することで、圧力損失を低減し、消費電力を抑制する空気調和機を提供する。【解決手段】筐体と、回転駆動力を発生させるモータと、該モータに取り付けられ、下方から吸い込んだ空気を周方向に吐き出す遠心ファンと、該遠心ファンの吹出し方向を囲う熱交換器８と、該熱交換器を通過した空気を吹き出す吹出口４と、を備え、前記熱交換器８の風下領域のうち、前記熱交換器８と前記吹出口４の間の領域を第一領域２０とし、それ以外の領域を第二領域２１としたとき、該第二領域２１から前記吹出口４に流入する気流の少なくとも一部を遮る仕切部材１０を設けた。【選択図】図８

Description

本発明は、室内機および空気調和機に関する。

特許文献１の要約書、図１等には、天板および側板からなる筐体と、筐体の下側において中央側に吸込み口、吸込み口の外周側に吹出口を設けたパネルと、筐体の内部に配置されたモータと、モータの回転軸に締結された遠心送風機と、遠心送風機の外周側に配置された熱交換器と、熱交換器の下側に配置された水受けと、を設け、熱交換器の外周側と側板との間に形成される流路を、吹出口に対応する位置において、かつ、吹出口の短手方向に沿って仕切る仕切り板を設けた空気調和機の室内機が開示されている。

特開２０１５−１５８３１８号公報

特許文献１に開示される空気調和機の室内機では、遠心ファンによって送風された空気は、その周りを取り囲むように配置された略多角形状の熱交換器を通過し、熱交換器の平面部に沿って分散配置された吹出口から室内に流れる。以下では、この室内機を上面視としたときの熱交換器の風下側の領域を、熱交換器と吹出口の間の第一領域と、それ以外の第二領域とに区分して説明する。

熱交換器から第一領域に流入した気流は、流れ方向を維持したまま吹出口に流入する。これに対し、熱交換器から第二領域に流入した気流は、筐体の壁面に衝突することで流れ方向を熱交換器の周方向に変え、吹出口に流入する。そのため、吹出口には、第一領域を経由した熱交換器に対して略垂直な気流と、第二領域を経由した熱交換器に対し周方向を向いた気流と、第二領域を経由しながらも流れ方向が完全に周方向を向いていない斜め方向の気流の三種類の気流が流入する。

吹出口の風路面積は、熱交換器の流出面積と比較して小さいため、空気が吹出口に流入した際、縮流が生じる。そのため、第二領域を通過する気流は、吹出口の熱交換器周方向端部で剥離し、渦を形成する。この剥離によって、吹出口の風路内を有効に使える風路面積（以下、有効風路面積と称する）が減少し、圧力損失が増大することで消費電力の増加を招くという問題が発生する。また、冷房時に、ルーバー付近で生じた渦によって巻き込まれた室内の高温多湿な空気が冷却されたルーバーに接触することで結露が生じ、その結露水が室内に落下するという問題が発生する。

特許文献１においては、吹出口の風路内に吹出口の短手方向に沿って仕切る仕切り板を設けることで、二つ目の問題である結露を防止している。

しかし、吹出口の熱交換器周方向端部で生じる渦は、第二領域を通過して吹出口へ流入する気流が原因である。吹出口の風路内に仕切り板を設置しても渦の原因となる気流を改善することができず、ルーバー付近の流れを整流し、一つ目の問題を解決するためには不十分であった。

そこで、本発明の室内機は、吹出口の熱交換器周方向端部で生じる渦を抑制し、ルーバー付近の流れ場を整流することで、圧力損失を低減し、消費電力を抑制する空気調和機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の室内機は、筐体と、回転駆動力を発生させるモータと、該モータに取り付けられ、下方から吸い込んだ空気を周方向に吐き出す遠心ファンと、該遠心ファンの吹出し方向を囲う熱交換器と、該熱交換器を通過した空気を吹き出す吹出口と、を備え、前記熱交換器の風下領域のうち、前記熱交換器と前記吹出口の間の領域を第一領域とし、それ以外の領域を第二領域としたとき、該第二領域から前記吹出口に流入する気流の少なくとも一部を遮る仕切部材を設けた。

本発明によれば、空気調和機の室内機において吹出口の熱交換器周方向端部で生じる渦を抑制し、ルーバー付近の流れを整流することで、圧力損失を低減し、空気調和機の消費電力を抑制することが可能となる。

一般的な空気調和機の室内機の外観を示す斜視図である。 図１の室内機からパネルを取外した状態で上から見たときの平面図である。 図２のＡ−Ａ断面を示した断面図である。 室内機から筐体とパネルとルーバーを取外した状態の斜視図である。 図３のＢ−Ｂ断面における吹出口の風路内の風速分布を示した図である。 図５に示したＣ−Ｃ断面における風速分布である。 実施例１の室内機の内部の構成を示した平面図である。 実施例１の室内機の内部の構成を示した斜視図である。 実施例１を適用した時の吹出口の風路内の速度分布を示した図である。 図９に示したＤ−Ｄ断面における風速分布を示した図である。 実施例２の室内機の内部を示した斜視図である。 実施例３の室内機の内部を示した斜視図である。 実施例４の室内機の内部を示した斜視図である。 実施例４の室内機の内部を示した上面図である。 実施例５の室内機の内部を示した斜視図である。 実施例６の室内機の内部を示した斜視図である。

まず、図１から図５を用いて、従来の空気調和機の室内機を説明する。

図１は、従来の空気調和機の室内機の外観を示す斜視図である。室内機は、図示しない室外機と冷媒配管を介して接続され、空気調和機を構成する。室外機には圧縮機が内蔵されており、この圧縮機により冷媒が圧縮され、冷媒配管内を循環することにより、冷凍サイクルが形成される。

図１に示されるように、室内機は、天井内に配置される筐体１と、筐体１の室内側に取り付けられるパネル２と、を備えている。パネル２には、空気を取り入れるグリル３と、グリル３から吸い込まれた空気を室内に吹出すための吹出口４が設けられている。吹出口４にはそれぞれ、ルーバー５が取り付けられており、これで空気の吹出し方向を調整する。

図２は、室内機から筐体１とパネル２を取外した状態で上から見たときの平面図である。また、図３は、図２のＡ−Ａ断面を示した断面図である。

図２及び図３に示すように、室内機の筐体１の内部には、回転駆動力を発生させるモータ４０と、モータ４０に取り付けられ、グリル３とフィルタ９を介して下方から吸い込んだ空気を周方向に吐き出す遠心ファン６と、遠心ファン６の送風方向に遠心ファン６を取り囲むように配置された熱交換器８と、が配置されている。熱交換器８は、遠心ファン６からされた空気と冷媒との熱交換を行う。熱交換器８の下方には、冷房運転時に熱交換器８で結露した凝縮水を室内に落下しないように保水するためのドレンパン７が取付けられている。なお、以下では、遠心ファン６による空気の流れを気流５０と称し、遠心ファンの回転の軸となる直線を回転軸Ｚと称する。

図２に示すように、遠心ファン６の回転軸Ｚに対して垂直な断面で見たとき、略多角形状の熱交換器８の風下領域のうち、熱交換器８と吹出口４との間の領域を第一領域２０とし、それ以外の領域を第二領域２１とする。第一領域２０を通過する気流５０ａは、熱交換器８に対して略垂直な方向で吹出口４に流入し、第二領域２１を通過する気流は、熱交換器８の周方向の気流５０ｂと、第一領域２０を通過する気流５０との間の斜め方向の気流５０ｃとして吹出口４に流入する。

図４は、室内機から筐体１とパネル２とルーバー５を取外し、熱交換器８の流出面の曲面部近傍を拡大した状態の斜視図である。図２からも明らかなように、吹出口４の風路面積は、熱交換器８の流出面積と比較して小さいため、空気が吹出口４に流入した際、縮流が生じる。そのため、図４に示すように第二領域２１を通過する気流５０ｂ、５０ｃは、吹出口４の熱交換器８周方向端部で剥離し、渦６０が生じる。

図５は、図３のＢ−Ｂ断面における吹出口４の風路内の風速分布を示した図であり、最大風速を１とした風速分布を示している。以降で示す風速分布は全て同様である。ここに示すように、吹出口４の熱交換器８周方向端部で生じた剥離によって吹出口４の角部に濃い色調で示される低速域が形成される。この低速域は、吹出口４の有効風路面積の減少を招き、圧力損失増大の原因となる。

図６は、図５に示したＣ−Ｃ断面における風速分布である。ここに示すように、ルーバー５の左側で色調が薄く、速度が大きいことが分かる。また、渦６０が生じているルーバー５の右側で色調が濃く、空気がほとんど流れていないことが分かる。さらに、渦６０によって室内の空気が巻き込まれ、ルーバー５の右側に衝突するような気流５２が生じている。

冷房運転時には、気流５０によってルーバー５が冷却されているため、高温多湿な気流５２がルーバー５に接触すると、ルーバー５で結露が発生する。これにより、長時間の冷房運転では、ルーバー５で結露した凝縮水が室内に落下してしまうことも考えられる。

このように、第二領域２１からの気流５０ｂ、５０ｃに起因した渦６０は、吹出口４の圧力損失増大およびルーバー５の結露の要因となるという問題が発生する。

以下では、この問題を解決する構成として本発明の実施例を説明する。

図７から図１０を用いて、実施例１の空気調和機の室内機の内部構成を示す。なお、図１から図６の説明と共通する点は説明を省略する。

図７は本実施例の室内機から筐体１を取外した状態で上から見たときの平面図である。ここに示すように、本実施例では、第二領域２１から吹出口４に流入する気流５０ｂ、５０ｃの少なくとも一部を遮る仕切部材１０をドレンパン７の上方に設けている。図７では、一例として、全ての第二領域２１の両端に仕切部材１０を設けてあるが、製造時にかかるコストやその方法、また、各吹出口の流れ場を勘案し、一部の仕切部材１０のみを設ける構成としても良い。

図８は、熱交換器８の流出面の曲面部近傍の斜視図であり、仕切部材１０の形状、取付位置などを示す図である。ここに示すように、ドレンパン７の上部であって、第一領域２０と第二領域２１の境界となる吹出口４の端部に、高さＬの平板状の仕切部材１０を取り付けている。これにより、第二領域２１を通過する気流５０ｂ、５０ｃが変化し、仕切部材１０の第二領域２１側の面、仕切部材１０と筐体１の天板の間の空間、仕切部材１０の第一領域２０側の面を順次通る流路を経て吹出口４に流入するため、吹出口４での気流５０ｂ、５０ｃに起因した渦６０の発生を防止でき、ルーバー５周辺の流れをより効果的に整流することができる。

このとき、仕切部材１０の高さをＬ、熱交換器８の高さをＨとしたとき、０．２≦Ｌ／Ｈ≦０．８とすることでより効果的にルーバー５付近の流れを整流することが可能となる。複数の仕切部材１０を設ける場合、仕切部材１０の高さを全て揃えなくても良い。

図９は、本実施例の吹出口４の風路内の速度分布を示した図である。ここに示す風速分布は、図３で示したＢ−Ｂ断面でのものである。図５と図９の比較から、従来構成に対応する図５で吹出口４の角部に大きく存在した低速域が、仕切部材１０を設けることで、顕著に縮小していることが確認できる。

図１０は、図９に示したＤ−Ｄ断面における風速分布を示した図であり、仕切部材１０を設けることで、ルーバー５の右側でも色調が薄くなり、速度が大きくなっていることが分かる。すなわち、ルーバー５付近の流れが整流され、渦６０の発生が抑制されていることが分かる。渦６０が発生しない結果、高温多湿な気流５２が、冷却されたルーバー５に衝突することがなくなるため、ルーバー５端部での結露の発生を回避することができる。

このように、本実施例によれば、仕切部材１０を設けることで、ルーバー５周辺の流れが整流され、有効風路面積の拡大による吹出口４の圧力損失を低減でき、さらにルーバー５での結露を抑制することが可能である。

なお、本実施例では、仕切部材１０を平板として示したが、第二領域２１を通過する気流５０ｂ、５０ｃの少なくとも一部を遮ることができるのであれば、部分的に厚さや高さが変わるような部材や曲面で構成された部材であっても構わない。この場合、仕切部材１０を薄板とすれば、仕切部材が熱交換器８の流出面を塞ぐ面積を減らすことができ、仕切部材自体の圧力損失を低減することができる。また、図８では仕切部材１０をドレンパン７に取り付ける構成としたが、仕切部材１０を筐体１に取り付ける構成、または、筐体１と一体に形成する構成としても良い。

また、図８では仕切部材１０をドレンパン７に取り付ける構成としたが、仕切部材１０を熱交換器８に取り付ける構成、または、熱交換器８のフィンと一体に形成する構成としても良い。その場合、熱交換器８の伝熱面積が拡大されるため、上述した効果に加え、熱交換性能の向上も可能である。

以上では、遠心ファン６と、熱交換器８と、熱交換器８の下部に設けられたドレンパン７と、吹出口４と、空気の吹出し方向を決めるためのルーバー５を備えた室内機を対象として説明したが、遠心ファン６と熱交換器８とドレンパン７とが配置され、遠心ファン６の回転軸に対する垂直断面で見たとき、熱交換器８の風下領域において、熱交換器８と吹出口４との間を第一領域２０、それ以外の領域を第二領域２１とする室内機であって、第二領域２１を通過する気流に起因して、吹出口４の熱交換器８周方向端部剥離することで渦６０が生じ、それによってルーバー５付近を流れる気流に乱れが生じる構造となっている室内機であれば、本発明の適用が可能である。また、仕切部材は、必ずしも一体成型とする必要は無く、同様の効果が得られるのであれば、複数の部品を組み合わせた部材としても構わない。

図１１は、実施例２を適用した時の室内機の内部を示した図である。実施例１では平板状の仕切部材１０を用いたが、本実施例は曲面状の仕切部材１１を用いるものである。なお、実施例１と共通する点は説明を省略する。

図１１に示すように、仕切部材１１の吹出口４側に相対する面を第一領域２０から離れる方向に傾斜させることで、より効果的にルーバー５周辺の流れを整流することが可能となる。それに加え、仕切部材１１上部で生じる剥離を抑制することが可能となり、仕切部材１１による圧力損失を低減することが可能となる。

傾斜させる面の形状は、各吹出口の流れ場に応じて変化させることでさらに効果的にルーバー５周辺の流れを整流することが可能となる。

図１２は、実施例３を適用した時の室内機の内部を示した図である。実施例１では第一領域２０と第二領域２１の境界に仕切部材１０を設けたが、本実施例ではより第二領域２１側に仕切部材１２を設けるとともに、吹出口４の端部に面取りした角部７１を設けたものである。なお、上述した実施例と共通する点は説明を省略する。

室内機の内部に取付けられ、室内の高温多湿な空気が直接接触しない位置に仕切部材１２が取付けられていても、熱交換器８を通過した空気に温度ムラが生じていた場合、仕切部材１２に結露が発生することがある。

そこで、図１２に示すように、仕切部材１２の取付け位置を第二領域２１の方へ移動することで、仕切部材１２で生じた凝縮水が室内に落下しないようにすることができる。また、吹出口４の角部７１を面取りすることで気流５０ｂ、５０ｃをよりスムーズに流すことができる。

なお、ここで説明した構成は実施例２と組み合わせて用いても良い。

図１３は、実施例４を適用した時の室内機の内部を示した斜視図であり、図１４は本実施例の平面図である。実施例１ではドレンパン７の上方にのみ仕切部材１０を設けたが、本実施例ではドレンパン７の内部にも延伸した仕切部材１３を設けたものである。なお、上述した実施例と共通する点は説明を省略する。

実施例３と同様に、仕切部材に結露した凝縮水を室内に落下しないようにするために、本実施例では、図１４に示すように、仕切部材１３の取付け位置を第二領域２１の方へ移動させた。また、仕切部材１３の下方から気流５０ｂが漏れるのを防ぐため、仕切部材１３をドレンパン７の底面に届くまで延伸させた。

このような仕切部材１３によって、気流５０ｂ、５０ｃの少なくとも一部を遮ることができれば、さらに第二領域２１の方へ移動してもルーバー５周辺の流れを整流することができる。

また、仕切部材１３をドレンパン７の側面部の内壁から所定の間隔を離して設けることで、仕切部材１３に結露が生じても、凝縮水はドレンパン７に落下するため、室内への凝縮水の落下を防ぐことができる。

なお、本実施例の構成は上述した実施例の構成と組み合わせて用いても良い。

図１５は、実施例５を適用した時の室内機の内部を示した図である。実施例１では平坦な仕切部材１０を用いたが、本実施例は貫通穴を有する仕切部材１４を用いるものである。なお、実施例１と共通する点は説明を省略する。

図１５に示すように、仕切部材１４に所定の流量の空気が通過できる孔を設けることで、仕切部材１４による圧力損失を低減することができる。図１５では、孔を仕切部材１個あたり３本の長方形のスリットとしたが、所定の流量の空気が通過できるのであれば、孔の形状や数、位置は問わない。これにより、気流５０ｂなどの流通抵抗が低くなるため、圧力損失をより抑制することができる。

なお、本実施例の構成は上述した実施例の構成と組み合わせて用いても良い。

図１６は、実施例６を適用した時の室内機の内部を示した図である。実施例１では平板状の仕切部材１０を用いたが、本実施例はメッシュ素材の仕切部材１５を用いるものである。なお、実施例１と共通する点は説明を省略する。

図１６に示すように、仕切部材１５を所定の流量の空気が通過できるメッシュ素材とすることで、仕切部材１５による圧力損失を低減することができる。また、気流５０ｂ、５０ｃが仕切部材１５を乗り越える際に仕切部材１５の上方で生じる剥離を抑制でき、より効果的に圧力損失を低減することができる。図１６では、仕切部材１５の全てをメッシュ素材で構成してあるが、部分的にメッシュ素材としても構わない。

なお、本実施例の構成は上述した実施例の構成と組み合わせて用いても良い。

１ 筐体、
２ パネル、
３ グリル、
４ 吹出口、
５ ルーバー
６ 遠心ファン、
７ ドレンパン、
８ 熱交換器、
９ フィルタ、
１０、１１、１２、１３、１４、１５ 仕切部材、
２０ 第一領域、
２１ 第二領域、
４０ モータ
５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５２ 気流、
６０ 渦
７１ 角部
Ｚ 回転軸

Claims (10)

1. 筐体と、
   回転駆動力を発生させるモータと、
   該モータに取り付けられ、下方から吸い込んだ空気を周方向に吐き出す遠心ファンと、
   該遠心ファンの吹出し方向を囲う熱交換器と、
   該熱交換器を通過した空気を吹き出す吹出口と、
   を備え、
   前記熱交換器の風下領域のうち、前記熱交換器と前記吹出口の間の領域を第一領域とし、それ以外の領域を第二領域としたとき、
   該第二領域から前記吹出口に流入する気流の少なくとも一部を遮る仕切部材を設けたことを特徴とする室内機。
2. 請求項１に記載の室内機において、
   前記仕切部材は、前記第一領域と前記第二領域との境界となる前記吹出口の端部に設けたことを特徴とする室内機。
3. 請求項１に記載の室内機において、
   さらに、前記熱交換器の下部に配置されるドレンパンを備えており、
   前記仕切部材は、前記筐体、前記熱交換器、または、前記ドレンパンの何れかに固定されることを特徴とする室内機。
4. 請求項１に記載の室内機において、
   前記仕切部材と前記筐体の天板の間に空間を有することを特徴とする室内機。
5. 請求項１に記載の室内機において、
   前記仕切部材の前記吹出口側に相対する面が、前記第一領域から離れる方向に傾斜することを特徴とする室内機。
6. 請求項１に記載の室内機において、
   さらに、前記熱交換器の下部に配置されるドレンパンを備えており、
   該ドレンパンは、底面部と側面部とを有して前記熱交換器のドレン水を保持するとともに、前記側面部の外壁面で前記吹出口を構成し、
   前記仕切部材は、前記吹出口の端部における前記側面部の内壁面から所定の間隔を離して設けられることを特徴とする室内機。
7. 請求項１に記載の室内機において、
   前記仕切部材は薄板であることを特徴とする室内機。
8. 請求項１に記載の室内機において、
   前記仕切部材には貫通孔が設けられることを特徴とする室内機。
9. 請求項１に記載の室内機において、
   前記仕切部材はメッシュ素材で構成されることを特徴とする室内機。
10. 請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の室内機と、室外機と、が接続されて構成されることを特徴とする空気調和機。

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