JP2021124017A - 天井埋込型空調 - Google Patents

Abstract

【課題】より簡素な構成を有し、性能がさらに向上した天井埋込型空調を提供する。
【解決手段】天井埋込型空調は、ケーシングと、軸線回りに回転駆動される出力軸が下方に突出するモータと、出力軸に固定されて径方向外側に広がる主板と、羽根車を有するターボファンと、ターボファンから送られた空気が通過する熱交換器と、を備え、主板は、テーパ板部と、テーパ板部から内側に凹むように形成されて、軸線に沿って延びる円筒板部と、円筒板部の上端から径方向外側に向かって広がる円盤板部とによって画成される窪み部と、を有し、円筒板部に、径方向に貫通するとともに羽根車から出て主板の上方に回り込んだ循環流が通過する開口部が形成されている。
【選択図】図２

Description

本開示は、天井埋込型空調に関する。

空調装置の一例として、天井埋込型空調が広く用いられている。天井埋込型空調は、屋内の天井に埋設されたケーシングと、上下方向に延びる軸線回りに回転する出力軸を有するモータ、及びターボファンと、このターボファンを出力軸に固定する主板と、ターボファンを囲む熱交換器と、を主に備えている。ターボファンが回転することによって、ケーシングの中央部から屋内の空気を取り込み、熱交換器を通過させることで冷気、又は暖気として屋内に供給する。

このような天井埋込型空調の具体例として、下記特許文献１に記載されたものが知られている。この装置では、主板は、下方から上方に向かうに従って径方向外側に拡径する円錐形状を有している。ケーシング内に取り込まれた空気の大部分は、この主板の外面に沿って上方に流れた後、ターボファンによって径方向外側の熱交換器に送られる。一方で、ケーシング内に取り込まれた空気の一部は、ターボファンを上方から回り込むようにして主板の上側に流れ込む循環流を形成する。特許文献１に記載の装置では、この循環流がモータの冷却用空気として用いられている。モータを冷却した空気は、主板に形成された開口部を通じて、再び主流（つまり、主板の外面に沿う流れ）に合流する。

ここで、上記の主流と循環流の合流する角度が直角に近い場合、両者の間で混合損失が生じてしまう。その結果、空調装置としての性能に影響が及ぶ可能性がある。そこで、上記特許文献１に係る装置では、主板の開口部に循環流の流れ方向を案内するための膨出部が新たな部品として追設されている。

特開２０００−２２７２３１号公報

しかしながら、上記のように主板に別部品を取り付けることは、構成の複雑化を招き、部品点数や製造工数の増加につながってしまう。その結果、製造コストが上昇する虞がある。

本開示は上記課題を解決するためになされたものであって、より簡素な構成を有し、性能がさらに向上した天井埋込型空調を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示に係る天井埋込型空調は、下部中央に吸込口が形成され、該吸込口の周囲に吹出口が形成されたケーシングと、該ケーシング内に設けられて、鉛直方向に延びる軸線回りに回転駆動される出力軸が下方に突出するモータと、前記ケーシング内で前記出力軸に固定されて、前記軸線の径方向外側に広がる主板と、前記ケーシング内で該主板の下面に周方向に間隔をあけて取り付けられて、前記吸込口から導入される空気を径方向外側に送る羽根車を有するターボファンと、前記ケーシング内で該ターボファンを取り囲むように設けられて、前記ターボファンから送られて前記吹出口に向かう空気が通過する熱交換器と、を備え、前記主板は、上方に向かうに従って径方向外側に向かって拡径するように延びるテーパ板部と、周方向にわたって前記テーパ板部から径方向内側に凹むように形成されて、前記軸線に沿って延びる円筒板部と、前記円筒板部の上端から径方向外側に向かって広がる円盤板部とによって画成される窪み部と、を有し、前記円筒板部に、径方向に貫通するとともに前記羽根車から出て主板の上方に回り込んだ循環流が通過する開口部が形成されている。

本開示によれば、より簡素な構成を有し、性能がさらに向上した天井埋込型空調を提供することができる。

本開示の実施形態に係る天井埋込型空調の構成を示す断面図である。 本開示の実施形態に係る主板の構成を示す断面図である。 本開示の実施形態に係る開口部の構成を示す側面図である。 本開示の実施形態に係る開口部の変形例を示す側面図である。 本開示の実施形態に係る開口部の他の変形例を示す側面図である。 本開示の実施形態に係る開口部のさらなる変形例を示す側面図である。

＜第一実施形態＞
（天井埋込型空調の構成）
以下、本開示の第一実施形態に係る天井埋込型空調１００について、図１から図３を参照して説明する。図１に示すように、天井埋込型空調１００は、ケーシング１と、モータ２と、主板３と、ターボファン４と、熱交換器５と、ベルマウス６と、を備えている。

ケーシング１は、建物の天井壁Ｃに埋め込まれている。ケーシング１は、下方から見て矩形をなすとともに、上方に向かって凹没することで内部に空間を形成している。具体的には、ケーシング１は、天井面Ｃａに露出するパネル１Ａと、パネル１Ａの上方に設けられた箱状のキャビネット１Ｂと、を有している。パネル１Ａは、矩形の枠体であるパネル本体１１と、下部中央に設けられた吸込口１１Ａとしてのグリル１２と、を有している。パネル本体１１は、この吸込口１１Ａの周囲に吹出口１１Ｂを形成する。

モータ２は、キャビネット１Ｂ内部で下方を向く底面１Ｓの中央部に設けられている。モータ２は、コイルや磁石等を収容するモータ本体２１と、モータ本体２１から鉛直下方に突出する出力軸２２と、を有している。出力軸２２は、鉛直方向に延びる軸線Ａｃ回りに回転駆動される。

出力軸２２には、当該出力軸２２から径方向外側に広がる主板３が固定されている。主板３の構成については後述する。主板３の下面には、ターボファン４が取り付けられている。ターボファン４は、周方向に間隔をあけて配列された複数の羽根を含む羽根車４１と、この羽根車４１を下方から覆う円盤状のシュラウド４２と、を有している。出力軸２２の回転に伴って主板３、及びターボファン４が回転して、吸込口１１Ａから吸い込まれた空気が径方向外側に送られる。

ターボファン４の径方向外側には、当該ターボファン４を囲む環状の熱交換器５が設けられている。熱交換器５は、冷凍サイクルを有する冷媒回路の一部である。ターボファン４によって熱交換器５に送られた空気（主流Ｆｍ）は、当該熱交換器５を通過する際に冷媒と熱交換する。これにより、熱交換器５の外周側に流れ出た空気は冷気、又は暖気となる。この空気は、キャビネット１Ｂの側面に沿って下方に流れ、吹出口１１Ｂから室内に供給される。

ターボファン４の下方には、パネル本体１１の上部に固定されたベルマウス６が配置されている。ベルマウス６は、吸込口１１Ａから導入された空気を案内してターボファン４に送るために設けられている。ベルマウス６は、下方から上方に向かうに従って次第に縮径することで円錐形状をなしている。

（主板の構成）
次いで、図２と図３を参照して、主板３の構成について詳述する。図２に示すように、主板３は、径方向内側から外側に向かって順に一体に接続された底板部３１と、下部テーパ部３２と、円筒板部３３と、円盤板部３４と、上部テーパ部３５と、上板部３６と、を有している。

底板部３１は、出力軸２２の外周面から径方向外側に向かって広がる円形をなしている。底板部３１の外周側の端縁には、下部テーパ部３２が接続されている。下部テーパ部３２は、下方から上方に向かうに従って径方向内側から外側に向かって延びている。つまり、下部テーパ部３２は、上方に向かうに従って次第に拡径する円錐状をなしている。下部テーパ部３２の外周側の端縁は、モータ本体２１の下方に位置している。

下部テーパ部３２の外周側の端縁には、円筒板部３３が接続されている。円筒板部３３は、軸線Ａｃを中心とする円筒状をなしている。つまり、円筒板部３３は断面視で軸線Ａｃに沿って延びている。円筒板部３３には、当該円筒板部３３を径方向に貫通する複数の開口部ｈが形成されている。図３に示すように、開口部ｈは矩形をなし、周方向に間隔をあけて複数配列されている。図２に示すように、この開口部ｈは、上下方向においてモータ本体２１の下端に対応する位置に形成されている。

円筒板部３３の上方の端縁には、円盤板部３４が接続されている。円盤板部３４は、円筒板部３３の上端から径方向外側に向かって広がっている。円盤板部３４は、軸線Ａｃを中心とする円環状をなしている。円筒板部３３と円盤板部３４とは、軸線Ａｃを含む断面視で直角に交差している。なお、ここで言う「直角」とは実質的な直角を指すものであり、設計上の公差や製造上の誤差は「直角」に含まれる。つまり、円筒板部３３と円盤板部３４とが、わずかな鈍角をともなって交差する構成を採ることが可能である。これら円筒板部３３と円盤板部３４とによって窪み部Ｒが画定されている。

円盤板部３４の外周側の端縁には、上部テーパ部３５が接続されている。上部テーパ部３５は、下部テーパ部３２と同様に、下方から上方に向かうに従って径方向内側から外側に向かって延びている。つまり、下部テーパ部３２は、上方に向かうに従って次第に拡径する円錐状をなしている。下部テーパ部３２と上部テーパ部３５は、互いに同一の円錐面上にあることが望ましい。上部テーパ部３５の外周側の端縁には、上板部３６が接続されている。上板部３６は、上部テーパ部３５の外周側の端縁から径方向外側に向かって広がる円環状をなしている。この上板部３６と上部テーパ部３５の下面には、上述のターボファン４の羽根車４１が取り付けられている。なお、図２では、この羽根車４１の図示を省略している。

（作用効果）
次に、上記の天井埋込型空調１００の動作について説明する。天井埋込型空調１００を運転するに当たっては、まずモータ２を駆動する。モータ２を駆動することで出力軸２２、主板３、及びターボファン４が軸線Ａｃ回りに回転する。ターボファン４が回転することで、吸込口１１Ａから室内の空気が取り込まれる。この空気は、ベルマウス６を経てターボファン４に送られた後、径方向外側に向かって圧送されることで主流Ｆｍを形成する（図１又は図２参照）。主流Ｆｍは、主板３の下面に沿って流れる。つまり、主流Ｆｍは、下方から上方に向かうに従って径方向内側から外側に向かって流れる。この主流Ｆｍの大部分は、熱交換器５を通過することで冷媒と熱交換し、冷気、又は暖気となって吹出口１１Ｂから室内に供給される。

一方で、主流Ｆｍの一部は、熱交換器５に向かわずに、主板３の上方に回り込むように流れることで循環流Ｆｃを形成する。この循環流Ｆｃは、主板３の上面に沿って内周側に向かって流れた後、モータ本体２１に吹き付けられることで当該モータ本体２１を冷却する。モータ本体２１を冷却した循環流Ｆｃは、下方に向かって流れた後、主板３に形成された開口部ｈを通じて主板３の下面側で主流Ｆｍと合流する。

ここで、主流Ｆｍと循環流Ｆｃの合流する角度が直角に近い場合、両者の間で混合損失が生じてしまう。その結果、ケーシング１内で空気が円滑に流れず、空調装置としての性能に影響が及ぶ可能性がある。そこで、本実施形態では、主板３に窪み部Ｒが形成されているとともに、この窪み部Ｒを画定する円筒板部３３に開口部ｈが形成されている。

上記構成によれば、開口部ｈが形成されている円筒板部３３は軸線Ａｃに沿って延びている。これにより、循環流Ｆｃは開口部ｈから径方向外側に向かって吹き出す。ここで、主流Ｆｍは径方向外側に向かうに従って上方に向かって流れている。循環流Ｆｃが径方向外側に向かって吹き出すことから、主流Ｆｍと循環流Ｆｃとが合流する角度を小さくすることができる。その結果、これら主流Ｆｍと循環流Ｆｃとの間で生じる混合損失を小さく抑えることができる。また、上記の構成では、部品点数を増やすことなく、主板３に窪み部Ｒを形成することのみによって、このような混合損失の低減を実現することができる。これにより、製造コストの上昇を抑えつつ、天井埋込型空調１００の性能向上を図ることができる。

（その他の実施形態）
以上、本開示の実施形態について説明した。なお、本開示の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、上記実施形態では、開口部ｈが矩形をなし、周方向に間隔をあけて複数配列されている例について説明した。しかしながら、図４から図６に示す構成を採ることも可能である。

図４の例では、互いに隣り合う開口部ｈ２の軸線Ａｃ方向における位置が異なっている。さらに、これら開口部ｈ２の周方向端部ｔ１同士は、上下方向に重なっている。

上記構成によれば、周方向の全域にわたって、偏りなく循環流Ｆｃを案内することができる。その結果、開口部ｈ２での圧力損失をさらに低減することができる。また、開口部ｈ２を複数形成したことによる主板の強度低下を小さく抑えることができる。その結果、天井埋込型空調１００の耐久性をさらに向上させることができる。

図５の例では、開口部ｈ３の周方向における端縁Ｌ１は、軸線Ａｃに対して傾斜する方向に延び、互いに隣り合う開口部ｈ３同士でこれら端縁Ｌ１が上下方向に重なっている。この構成によっても上記図４の例と同様の作用効果を得ることができる。

図６の例では、開口部ｈ４は、周方向に間隔をあけて複数配列されることで列を形成するとともに、上下方向に間隔をあけて複数（２つ）の列Ｒ１，Ｒ２を有する。上下方向に隣り合う列同士で開口部ｈ４の周方向における位置が互いに異なっている。この構成によっても上記図４及び図５の例と同様の作用効果を得ることができる。

＜付記＞
各実施形態に記載の天井埋込型空調１００は、例えば以下のように把握される。

（１）第１の態様に係る天井埋込型空調１００は、下部中央に吸込口１１Ａが形成され、該吸込口１１Ａの周囲に吹出口１１Ｂが形成されたケーシング１と、該ケーシング１内に設けられて、鉛直方向に延びる軸線Ａｃ回りに回転駆動される出力軸２２が下方に突出するモータ２と、前記ケーシング１内で前記出力軸２２に固定されて、前記軸線Ａｃの径方向外側に広がる主板３と、前記ケーシング１内で該主板３の下面に周方向に間隔をあけて取り付けられて、前記吸込口１１Ａから導入される空気を径方向外側に送る羽根車４１を有するターボファン４と、前記ケーシング１内で該ターボファン４を取り囲むように設けられて、前記ターボファン４から送られて前記吹出口１１Ｂに向かう空気が通過する熱交換器５と、を備え、前記主板３は、上方に向かうに従って径方向外側に向かって拡径するように延びるテーパ板部３２，３５と、周方向にわたって前記テーパ板部３２，３５から径方向内側に凹むように形成されて、前記軸線Ａｃに沿って延びる円筒板部３３と、前記円筒板部３３の上端から径方向外側に向かって広がる円盤板部３４とによって画成される窪み部Ｒと、を有し、前記円筒板部３３に、径方向に貫通するとともに前記羽根車４１から出て前記主板３の上方に回り込んだ循環流Ｆｃが通過する開口部ｈが形成されている。

上記構成によれば、開口部ｈが形成されている円筒板部３３が軸線Ａｃに沿って延びている。これにより、循環流Ｆｃは開口部ｈから径方向外側に向かって吹き出す。ここで、主板３の外側では当該主板３に沿って上方に流れる主流Ｆｍが形成されている。より詳細には、主流Ｆｍは径方向外側に向かうに従って上方に向かって流れている。上記のように循環流Ｆｃが径方向外側に向かって吹き出すことから、主流Ｆｍと循環流Ｆｃとの合流する角度を小さくすることができる。その結果、これら主流Ｆｍと循環流Ｆｃとの間で生じる混合損失を小さく抑えることができる。また、上記の構成では、部品点数を増やすことなく、主板３に窪み部Ｒを形成することのみによって、このような混合損失の低減を実現することができる。これにより、製造コストの上昇を抑えつつ、天井埋込型空調１００の性能向上を図ることができる。

（２）第２の態様に係る天井埋込型空調１００では、前記開口部ｈ２は、周方向に複数が配列されており、互いに隣り合う該開口部ｈ２の周方向端部ｔ１同士が、上下方向に重なっている。

上記構成によれば、開口部ｈ２が周方向に複数配列され、隣り合う開口部ｈ２の周方向端部ｔ１が上下方向に重なっている。これにより、周方向の全域にわたって、偏りなく循環流を案内することができる。その結果、開口部ｈ２での圧力損失をさらに低減することができる。

（３）第３の態様に係る天井埋込型空調１００では、前記開口部ｈ２は、周方向を長手方向とする矩形をなし、互いに隣り合う該開口部ｈ２の上下方向における位置が異なっている。

上記構成によれば、開口部ｈ２が矩形をなすとともに、隣り合う開口部ｈ２の上下方向における位置が異なっている。これにより、循環流Ｆｃを周方向の全域に偏りなく導くことができることに加えて、開口部ｈ２を複数形成したことによる主板３の強度低下を小さく抑えることができる。その結果、天井埋込型空調１００の耐久性をさらに向上させることができる。

（４）第４の態様に係る天井埋込型空調１００では、前記開口部ｈ３の周方向における端縁Ｌ１は、前記軸線Ａｃに対して傾斜する方向に延び、互いに隣り合う前記開口部ｈ３同士で前記端縁Ｌ１が上下方向に重なっている。

上記構成によれば、開口部ｈ３の周方向における端縁Ｌ１が傾斜しているとともに、隣り合う端縁Ｌ１同士が上下方向に重なっている。これにより、循環流Ｆｃを周方向の全域に偏りなく導くことができる。

（５）第５の態様に係る天井埋込型空調１００では、前記開口部ｈ４は、周方向に間隔をあけて複数配列されることで列Ｒ１，Ｒ２を形成するとともに、上下方向に間隔をあけて前記列Ｒ１，Ｒ２を複数有し、上下方向に隣り合う前記列Ｒ１，Ｒ２同士で前記開口部ｈ４の周方向における位置が互いに異なっている。

上記構成によれば、開口部ｈ４が周方向、及び上下方向に複数配列されるとともに、上下方向に隣り合う列Ｒ１，Ｒ２同士の間で開口部ｈ４の周方向における位置が異なっている。これにより、循環流Ｆｃを周方向の全域に偏りなく導くことができることに加えて、開口部ｈ４を複数形成したことによる主板３の強度低下を小さく抑えることができる。その結果、天井埋込型空調１００の耐久性をさらに向上させることができる。

１００ 天井埋込型空調
１ ケーシング
１Ａ パネル
１Ｂ キャビネット
１Ｓ 底面
２ モータ
３ 主板
４ ターボファン
５ 熱交換器
６ ベルマウス
１１ パネル本体
１１Ａ 吸込口
１１Ｂ 吹出口
１２ グリル
２１ モータ本体
２２ 出力軸
３１ 底板部
３２ 下部テーパ部
３３ 円筒板部
３４ 円盤板部
３５ 上部テーパ部
３６ 上板部
４１ 羽根車
４２ シュラウド
Ａｃ 軸線
Ｆｃ 循環流
Ｆｍ 主流
ｈ，ｈ２，ｈ３，ｈ４ 開口部
Ｌ１ 端縁
Ｒ 窪み部
Ｒ１，Ｒ２ 列
ｔ１ 周方向端部

Claims (5)

1. 下部中央に吸込口が形成され、該吸込口の周囲に吹出口が形成されたケーシングと、
   該ケーシング内に設けられて、鉛直方向に延びる軸線回りに回転駆動される出力軸が下方に突出するモータと、
   前記ケーシング内で前記出力軸に固定されて、前記軸線の径方向外側に広がる主板と、
   前記ケーシング内で該主板の下面に周方向に間隔をあけて取り付けられて、前記吸込口から導入される空気を径方向外側に送る羽根車を有するターボファンと、
   前記ケーシング内で該ターボファンを取り囲むように設けられて、前記ターボファンから送られて前記吹出口に向かう空気が通過する熱交換器と、
   を備え、
   前記主板は、
   上方に向かうに従って径方向外側に向かって拡径するように延びるテーパ板部と、
   周方向にわたって前記テーパ板部から径方向内側に凹むように形成されて、前記軸線に沿って延びる円筒板部と、前記円筒板部の上端から径方向外側に向かって広がる円盤板部とによって画成される窪み部と、
   を有し、
   前記円筒板部に、径方向に貫通するとともに前記羽根車から出て前記主板の上方に回り込んだ循環流が通過する開口部が形成されている
   天井埋込型空調。
2. 前記開口部は、周方向に複数が配列されており、
   互いに隣り合う該開口部の周方向端部同士が、上下方向に重なっている請求項１に記載の天井埋込型空調。
3. 前記開口部は、周方向を長手方向とする矩形をなし、互いに隣り合う該開口部の上下方向における位置が異なっている請求項１又は２に記載の天井埋込型空調。
4. 前記開口部の周方向における端縁は、前記軸線に対して傾斜する方向に延び、互いに隣り合う前記開口部同士で前記端縁が上下方向に重なっている請求項１又は２に記載の天井埋込型空調。
5. 前記開口部は、周方向に間隔をあけて複数配列されることで列を形成するとともに、上下方向に間隔をあけて前記列を複数有し、上下方向に隣り合う前記列同士で前記開口部の周方向における位置が互いに異なっている請求項１から４のいずれか一項に記載の天井埋込型空調。

Images