JP3609002B2

JP3609002B2 - 空気調和機の室内機

Info

Publication number: JP3609002B2
Application number: JP2000115307A
Authority: JP
Inventors: 直毅鹿園; 淳久保田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-04-17
Filing date: 2000-04-17
Publication date: 2005-01-12
Anticipated expiration: 2020-04-17
Also published as: JP2001304609A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和機の室内機に関し、特に通常はその下面が室内側に向くように天井に埋込み設置して用いられる室内機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１５と図１６に従来の一般的な天井埋込設置型の４方向吹出し型空調機室内機の構成を示す。図１５は内部構造を示し、図１６は下側から見た外観構造を示している。空調機室内機は、枠体の内部に送風機として例えばターボ型のファン３を設けるとともに、その周囲に熱交換器２を設けた構造となっている。枠体は、下面がほぼ方形とされた箱状の本体枠９とこの本体枠９の下面に取り付けられる化粧パネル４からなり、その下面には方形の各側辺に沿うようにして４個の細長い吹出口が設けられている。吹出口は、本体枠９に設けられる吹出口１に化粧パネル４に設けられる吹出口５を重ね合わせた構造とされるのが通常であり、その本体枠９側の吹出口１は、熱交換器２に結露する水分を受ける水受などが形成された本体枠９の下部蓋（図示を省略）に開口されるのが通常である。そして従来の空調機室内機ではこの吹出口は略均一な幅の長方形的に形成されていた。また化粧パネル４の吹出口５には、空気流の吹出し方向制御用のルーバ６が設けられている。このような天井埋込設置型の空調機室内機については、例えば特開平６−３１７３３３号、特開平８−１７８３４５号、特開平９−１３３３７４号、特開平１１−１５３３４４号、特開平１１−２０１４９４号などの各公報に開示の例が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般に空調機では、省エネルギー化（ファン動力の節約化）、静音化ならびにコンパクト化が強く求められ、できるだけ小さい枠体（筐体）でいかに省エネルギー化と静音化を達成するかが製品開発の大きな課題となっている。その省エネルギー化は環境への負担を軽減し、そのコンパクト化も材料節約による省資源化という意味で環境負荷を小さくするのに寄与する。省エネルギー化と静音化をともに達成するためには、さまざま要因からその下面が方形となり、またその大きさも定まる枠体を前提にして、可能な限り径の大きな送風機を採用し、かつ風路の通風抵抗を小さくして送風機を低回転数で効率良く作動させるようにすることが肝要である。
【０００４】
ところで、空調機室内機は上記のように送風機から熱交換器そして吹出し口へ至る空気流路を有しているが、この空気流路における通風抵抗には、熱交換器流出後の吹出口での縮流増速に伴う動圧の損失が大きな割合を占めている。したがって省エネルギー化と静音化の妨げとなる通風抵抗を小さく抑えるためには吹出口の開口面積を大きくすることが有効である。しかるに、従来の空調機室内機においては吹出口の開口面積を広げようとすると、そのことが直接的にファンに許されサイズに影響してしまい、より広い開口面積を吹出口に与えることがままならなかった。すなわち従来の空調機室内機においては、上述のように吹出口が均一な幅の長方形に形成されているため、それに所定の面積を確保すると、それに応じてその幅が定まり、その結果、熱交換器の位置とともにその中に格納されるファンの最大径が自動的に決まってしまう。つまり吹出口の面積を広くしようとするとその幅を広げざるを得ないが、この幅を広げることが熱交換器を枠体の中心側に移動させることに直結し、そのためにファンの径を小さくせざるを得なくなる。そしてファンの径を小さくすると、所定の風量を確保するにはファンの回転数を増大させる必要があり、このことも省エネルギー化と低騒音化を妨げる要因となる。以上のことは、図１５の例のような方形の熱交換器の代わりに円形の熱交換器を用いる場合でも同様である。
【０００５】
また吹出口が略均一な幅の長方形であることは、空気流の損失を大きくする原因にもなっていた。図１７に熱交換器が曲げ部と直線部からなる方形である場合の従来の室内機における空気流の熱交換器通過後の風速分布を示す。ファン３から吹出された空気流８は、熱交換器２に対して曲げ部では略垂直に流入し直線部では傾いて流入する。そして略垂直に流入する曲げ部で風速が相対的に大きくなっている。その理由は、曲げ部では空気流が塞き止められる構造になっていることに加え、ファンと熱交換器との距離が大きくなることによって熱交換器上流側での静圧が回復し、熱交換器前後の静圧差が大きくなるので基本的に空気が多く流れやすいためである。熱交換器通過後の風速分布がこのようであるのに対して、略均一な幅である長方形の吹出口が熱交換器の直線部に平行になるように設けられていると、熱交換器の曲げ部から流出した相対的に量の多い空気流は縮流されて増速しながら流れの向きを大きく変えつつ吹出口、特にその端部に至ることになり、そのために流路として非常に損失が大きい構造となってしまう。なお熱交換器が図１７のような方形でなく円形である場合には、熱交換器通過後の風速に図１７のような不均一分布は少ない。しかしこの場合にも、吹出口の端部で相対的に多くの空気を吹き出す傾向にあり、そのために吹出口が略均一な幅の長方形であると損失が大きくなりやすくなるという問題はある。
【０００６】
また従来の室内機にはルーバ６による空気流の吹出し方向の制御が特に吹出口の端部で不十分になるという問題もあった。天井埋込設置型の空調機室内機では、冷房時の冷たい空気は重くて下に拡散しやすいことからルーバを横向きにして横方向に空気流を吹き出し、暖房時には温かい空気が軽くて下に拡散しにくいことからルーバを縦向きにして下方に向けて空気流を吹き出す制御を行なう。このような制御において、従来の室内機ではそのルーバ６が略均一な幅の長方形の平板に形成されているため、上記のように風速が大きくて空気流量の多い吹出口の端部において吹出し方向の制御が特に暖房時において十分になされない傾向があった。そして暖房時の吹出し方向の制御が十分でないと、吹出口から吹き出た直後の温風が部屋を暖める前に吸込口に流入するいわゆるショートサーキットを発生しやすくなる。一方、制御性を高めようとしてルーバの幅を広くしてその下部を吹出口から室内側に突出させ過ぎると、冷房時において低温のルーバに室内の高温多湿な空気が接触して結露を生じる恐れがあり、結露が発生すると、細菌の発生や塵埃の付着を招くし最悪の場合はルーバから水滴が室内へ落下することにもなる。
【０００７】
なお例えば上記特開平６−３１７３３３号公報には熱交換器の放熱フィンを工夫することで静音化を図る技術が示され、上記特開平９−１３３３７４号公報には熱交換器の向きを回転変位させてやや傾斜状態で配置することで、熱交換器に対する空気流の通過性を高めたり、空気流の分布の偏りを減らす技術が示され、上記特開平１１−２０１４９４号公報には吹出し空気量と風速分布の均一化を図る技術が示されている。しかしこれらの文献では上記したような吹出口に関する問題やルーバに関する問題については何らの配慮も示されていない。
【０００８】
本発明は以上のような従来の空調機室内機に対する分析で明らかになった問題点を改善することを目的としている。具体的には省エネルギー化や静音化をさらに進めるために、限られた全体寸法内でできるだけ大径なファンを搭載できるとともに、通風抵抗をより小さくすることができる空調機室内機の提供を目的としている。また本発明の他の目的は、冷房時と暖房時の空気流の制御をより確実に行なうことを可能とし、しかも空気流制御用のルーバにおける結露を効果的に防止することのできる空調機室内機の提供にある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的のために本発明では、下面がほぼ方形とされた箱状の本体枠とこの本体枠の下面に取り付けられた化粧パネルからなる枠体の内部に送風機と熱交換器が設けられるとともに、前記枠体の下面に、当該下面における側辺に沿うようにして細長い吹出口が複数設けられ、前記送風機で形成した空気流が前記熱交換器での熱交換後に前記複数の吹出口から吹き出すようにされている空気調和機の室内機において、前記吹出口は、端部側が前記枠体の中心側へ広くなるようにして中央部より幅広に形成され、吹出口に設けられる空気流の吹出し方向制御用ルーバは、端部側が中央部より幅広となるように形成され、前記ルーバのガイド面は吹出口の形状と相似的にされていることを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。図１〜図４に第１の実施形態による天井埋込設置型の空気機室内機の構造を示す。本実施形態の室内機は、４方向吹出し型であり、図１に示すように、下面がほぼ正方形とされた箱状の本体枠１００の内部に略円形である熱交換器１０２が設けられるとともに、この熱交換器１０２の内側にファン１０３が設けられ、また本体枠１００の下面にその各側辺に沿うようにして４個の細長い吹出口１０１が本体枠１００の下部蓋（図示を省略）に開口することで設けられている。これらの吹出口１０１は、円形の熱交換器１０２と方形の本体枠１００の側壁で区画された空間の下面形状に相似するように形成されており、したがって端部側が中央部よりも幅広となるようにされている。より具体的には吹出口１０１は、本体枠１００の直線的な側壁と熱交換器１０２の円弧で囲んだ形状とされることで、端部側が本体枠１００の中心側に向けて広くなるようにして中央部よりも幅広となるようにされ、しかも中央部から端部に向けて連続的に幅が広くなるようにされることで全体として概略湾曲状態を呈するようにされている。
【００１１】
また図２に示すように、化粧パネル１０４にも吹出口１０１に重なるようにして吹出口１０５が設けられており、この吹出口１０５も同様に中央部から端部に向けて連続的に幅を広くすることで湾曲状態に形成されている。これら吹出口１０１と吹出口１０５が与える吹出口にはルーバ１０６が設けられている。ルーバ１０６は、図５と図６にも示すように、その空気流ガイド面が吹出口の湾曲状態に対応する湾曲形状を有するようにされるている。またルーバ１０６は、その幅方向についても湾曲形状となるようにされている。具体的には、端部側が吹出口の奥側に向けて広くなるようにして中央部よりも幅広となるようにされ、しかも中央部から端部に向けて連続的に幅が広くなるようにされることで全体として湾曲形状となるようにされている。また化粧パネル１０４には吹出口１０５の内側に吸込口１０７が設けられている。
【００１２】
また本実施形態の室内機は、図３と図４に示すように、本体枠１００と化粧パネル１０４からなる枠体に、その化粧パネル１０４を天井面１２０から室内側に突出させるようにして天井に埋め込めるような構造が与えられいる。
【００１３】
このような室内機においては、化粧パネル１０４の吸込口１０７から吸込まれた空気がファン１０３で昇圧されて熱交換器１０２を通過し、そこで熱交換した後に吹出口（吹出口１０１と吹出口１０５からなる）から室内へと吹き出される。そして吹出口からの吹き出し方向はルーバ１０６の向きを回転させることで調節される。すなわち冷房時の冷たい空気は重くて下に拡散しやすいことからルーバ１０６を横向きにして横方向に空気流を吹き出し、暖房時には温かい空気が軽くて下に拡散しにくいことからルーバ１０６を縦向きにして下方に向けて空気流を吹き出すようにする。この関係を図７に示す。図中で１１８の位置が暖房時であり、１１９の位置が冷房時である。このルーバ１０６の回転は、ルーバ１０６の両端を支持している支持板１１７の化粧パネル１０４への取り付け部を回転中心１１７ａとしてなされる。
【００１４】
以上のような第１の実施形態の室内機によれば以下のような効果が得られる。まず吹出口開口面積拡大とファン径拡大を両立させやすくなる。以下このことについて具体的に説明する。上で説明した図１５に示すような従来の空調機室内機では吹出口が略均一な幅の長方形となっているために、吹出口の幅は熱交換器と本体枠の側壁との最短距離によって決定されることになる。この場合ファン径を大きくすると、熱交換器もファンとともに大型化し、その結果として吹出口の幅が小さくなってしまう。そして吹出口面積が小さいと通風抵抗が増大し、省エネルギー性と低騒音化の面で好ましくない。逆に通風抵抗を下げるために吹出口面積を大きくすると、熱交換器を小型化せざるを得ず、その結果、搭載できるファンも小径なものとなってしまい、ファン回転数の増大によって省エネルギー性と低騒音化の面で好ましくない。すなわち、吹出口を略均一な幅の長方形とする構造では、ファンの大径化と吹出口面積拡大の相反する命題を両立することは非常に困難である。
【００１５】
これに対して、上記のような本発明の室内機では、吹出口（吹出口１０１と吹出口１０５からなる）をその端部側が中央部よりも幅広となるように形成している。このため同じ吹出口開口面積で比較すれば、円形の熱交換器１０２との関係でその大きさを規定することになる中央部の幅を従来の長方形吹出口よりも狭くすることができる。したがってそれだけ径の大きい円形熱交換器を用いることができ、これに応じてファンの径も大きくすることができる。その結果、吹出口面積拡大とファン径拡大を両立させやすくなる。コンピュータシミュレーション例によれば、枠体を通常の大きさとした条件で、騒音を約５ｄＢ低下させることができ、ファン動力も４０％程度低減できることが示されている。
【００１６】
次ぎに、冷房時と暖房時の空気吹き出し方向の制御をより確実に行なえる。すなわちルーバの幅を端部側で中央部よりも幅広となるよにしているので、端部側での制御力を大きくすることができる。つまり吹き出し空気量分布に応じた制御力分布をルーバに与えることができる。そしてこの結果、吹き出し方向の制御を吹出口の全体にわたって、より確実に行なえるようになり、したがってショートサーキットも効果的に防止することができる。この吹き出し方向制御には、吹出口の湾曲形状に対応した湾曲形状をルーバのガイド面に与えていることも働いている。すなわちルーバのガイド面を吹出口の形状と相似的にしてあることにより、吹き出し方向の制御をより確実に行なえるようになる。
【００１７】
次ぎに、冷房時のルーバへの結露を効果的に防止することができる。すなわち中央部よりも幅広とする端部側の幅を吹出口の奥側に向けて広げるようにしているので、ルーバがその下部を吹出口から室内側に突出し過ぎることがなく、したがってルーバへの結露を効果的に防止することができる。
【００１８】
さらに、層天井裏のコンパクト性を高めることができる。すなわち化粧パネルを天井面から室内側に突出させるようにして天井に埋め込める構造としてあるので、枠体における天井裏に納まる部分の寸法を小さくすることができ、層天井裏のコンパクト性を高めることができる。
【００１９】
図８に第２の実施形態による室内機の下側からみた外観構造を示す。本実施形態では化粧パネル１０８の吹出口１０９の形状を図２の場合とは若干変えている。具体的には、図２における吹出口１０５が内外両側辺とも湾曲形状であったのに対し、本実施形態の吹出口１０９は、その外側辺が方形の化粧パネル１０８の側辺に平行となる直線形状とされ、その内側辺だけが湾曲形状とされている。またこれに伴って、ルーバ１１０は、そのガイド面が外側辺の直線形状と内側辺の湾曲形状との中間的な形状である湾曲形状とされている。なお円形の吸込口１１１が吹出口１０５の内側に用いられることは図２の場合と同様である。このような室内機も上記と同様な効果が得られる。
【００２０】
図９に第３の実施形態による室内機の下側からみた外観構造を示す。本実施形態では、化粧パネル１１２に方形の吸込口１１６を設けている。化粧パネル１１２の吹出口１１３は第２の実施形態と同様であり、その外側辺が方形の化粧パネル１１２の側辺に平行となる直線形状とされ、その内側辺だけが湾曲形状とされている。この吹出口１１３には第２の実施形態と同様なルーバ１１５が設けられている。そして吸込口１１６を方形としたのに伴って吹出口１１３の湾曲形状の内側辺と吸込口１１６の側辺との間を埋める塞ぎ板１１４を設けている。このような室内機も上記と同様な効果が得られる。
【００２１】
図１０に他の例によるルーバ１１８の外観を示す。この例のルーバ１１８は、図５や図６のルーバ１０６が後付けされた支持板１１７で枠体に取り付けられるのに対し、そのガイド面から滑らかに連続する一体的な支持部１１９で枠体に取り付けるようにされている。
【００２２】
図１１に第４の実施形態による室内機の本体枠の内部構造を示す。本実施形態では、やや大きめの曲率を有する曲げ部２０２ａと直線部２０２ｂとからなる略方形の熱交換器２０２を用い、その内側にファン２０３を設置している。略方形の熱交換器２０２は、その曲げ部２０２ａが本体枠２００の側辺の略中央に位置するように配置してある。そして吹出口２０１は、熱交換器２０２の曲げ部２０２ａおよびそれに連続する直線部２０２ｂの一部と方形の本体枠２００の側壁で区画された空間の下面形状に相似するように形成されている。したがって吹出口２０１は、端部側が本体枠２００の中心側に向けて広くなるようにして中央部よりも幅広となっているとともに、中央部から端部に向けて連続的に幅を広げることで全体として概略湾曲状態を呈している。
【００２３】
本実施形態の室内機には、第１の実施形態で述べたのと同様な効果の他に以下のような効果が得ある。天井埋込設置型であり４方向吹出し型である室内機では、一般に様々な理由からその熱交換器に方形の熱交換器を用いる場合が多い。方形の熱交換器を用いた場合には、熱交換器通過後の風速分布に図１７に関して説明したような不均一性を招きやすい。つまり曲げ部で風速が大きくて風量が多くなる。このような空気流の特性において、本実施形態の構造によれば、風量の多い曲げ部２０２ａが吹出口２０１の上流で吹出口２０１に直接的に被さるように位置しているので、空気流路における通風抵抗を図１５のような従来構造に比べて低減することができる。また本実施形態の室内機には、第１の実施形態におけるのと同様に、吹出口面積拡大とファン径拡大を両立させやすくなるという効果があるが、この効果が方形の熱交換器に関して達成される理由は以下の通りである。曲げ部２０２ａを本体枠２００の側辺の略中央に位置させるようにして熱交換器２０２を配置しているので、熱交換器２０２と本体枠２００の側壁で区画された空間をより広くすることができ、その結果、吹出口２０１の端部における幅をより広くすることができる。つまり本体枠２００の内部空間を吹出口２０１のために、より効率的に利用することができる。したがって同じ大きさの熱交換器を用いた場合に吹出口２０１の開口面積をより広くすることができる。このことは吹出口面積拡大とファン径拡大を両立しやすくする。なお方形の熱交換器はその曲げ部の曲率半径を大きくして行けば、最終的には円形に行き着き、円形の場合と同様な効果が得られることになる。
【００２４】
図１２と図１３に第５の実施形態による室内機の構造を示す。本実施形態の室内機は、２方向吹出し型であり、その本体枠３００の下面が長方形に形成されており、その２辺の長側辺に沿うようにして２個の吹出口３０１が設けられている。また熱交換器３０２は、３ヵ所の曲げ部と４ヵ所の直線部を有する概略菱形状に形成されており、その各曲げ部が本体枠３００の各側辺の略中央に位置するように配置されている。そしてこの熱交換器３０２の内側にファン３０３が設けられている。２個の吹出口３０１は、熱交換器３０２の曲げ部およびそれに連続する直線部の一部と長方形の本体枠３００の側壁で区画された空間の下面形状に相似するように形成されている。したがって吹出口３０１は、端部側が本体枠３００の内側に向けて広くなるようにして中央部よりも幅広となっているとともに、中央部から端部に向けて連続的に幅を広げることで全体として概略湾曲状態を呈している。以上のような本体枠側の構造に対応して、化粧パネル３０４も長方形に形成されている。そして化粧パネル３０４には、吹出口３０１に対応した湾曲形状の吹出口３０５を化粧パネル３０４の２辺の長側辺に沿うようにして２個設け、そのそれぞれに相似的な湾曲形状のルーバ３０６を設け、さらに吹出口３０１の内側に楕円形の吸込口３０７を設けている。このような２方向吹出し型の室内機でも第１の実施形態や第４の実施形態で説明したのと同様な効果が得られる。
【００２５】
図１４に第６の実施形態による室内機の内部構造を示す。本実施形態の室内機は、第５の実施形態と同様に２方向吹出し型であり、その本体枠４００の下面が長方形に形成されており、その２辺の長側辺に沿うようにして２個の細長い吹出口４０１が設けられている。本実施形態ではその熱交換器４０３が略円形に形成されており、この点で第５の実施形態と相違している。また本実施形態では、略円形の熱交換器４０３と長方形の本体枠４００との関係で熱交換器４０３の周りに楕円形の外郭線を有するスペースを設け、スペースと本体枠３００の側壁で区画された空間の下面形状に相似するようにして２個の吹出口４０１を形成している。したがって吹出口４０１は、端部側が本体枠４００の内側に向けて広くなるようにして中央部よりも幅広となっているとともに、中央部から端部に向けて連続的に幅を広げることで全体として概略湾曲状態を呈している。本実施形態の室内機でも第１の実施形態や第４の実施形態で説明したのと同様な効果が得られる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、吹出口開口面積の拡大とファン径の拡大を両立させやすくなり、より一層省エネルギー化と静音化を図ることが可能となる。また本発明によれば、冷房時と暖房時の空気吹き出し方向の制御をより確実に行なえ、ショートサーキットも効果的に防止することができる。また本発明によれば、ルーバへの結露をより効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態による空調機室内機の内部構造図である。
【図２】第１の実施形態による空調機室内機の下側から見た外観図である。
【図３】図１中のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】図１中のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図５】ルーバの外観図である。
【図６】ルーバの三面図である。
【図７】ルーバの暖房時と冷房時の位置を示す図である。
【図８】第２の実施形態による空調機室内機の下側から見た外観図である。
【図９】第３の実施形態による空調機室内機の下側から見た外観図である。
【図１０】他の例によるルーバの外観図である。
【図１１】第４の実施形態による空調機室内機の内部構造図である。
【図１２】第５の実施形態による空調機室内機の内部構造図である。
【図１３】第５の実施形態による空調機室内機の下側から見た外観図である。
【図１４】第６の実施形態による空調機室内機の内部構造図である。
【図１５】従来の空調機室内機の内部構造図である。
【図１６】従来の空調機室内機の下側から見た外観図である。
【図１７】従来の空調機室内機における熱交換器通過後の風速分布を示す図である。
【符号の説明】
１００本体枠
１０１、２０１、３０１、４０１本体枠の吹出口
１０２、２０２、３０２、４０２熱交換器
１０３、２０３、３０３、４０３ファン（送風機）
１０４、１０８、１１２、３０４化粧パネル
１０５、１０９、１１３、３０５化粧パネルの吹出口
１０６、１１０、１１４、１１８、３０６ルーバ
１０７、１１１、１１５、３０７吸込口
２０２ａ曲げ部
２０２ｂ直線部

Claims

下面がほぼ方形とされた箱状の本体枠とこの本体枠の下面に取り付けられた化粧パネルからなる枠体の内部に送風機と熱交換器が設けられるとともに、前記枠体の下面に、当該下面における側辺に沿うようにして細長い吹出口が複数設けられ、前記送風機で形成した空気流が前記熱交換器での熱交換後に前記複数の吹出口から吹き出すようにされている空気調和機の室内機において、前記吹出口は、端部側が前記枠体の中心側へ広くなるようにして中央部より幅広に形成され、吹出口に設けられる空気流の吹出し方向制御用ルーバは、端部側が中央部より幅広となるように形成され、前記ルーバのガイド面は吹出口の形状と相似的にされていることを特徴とする室内機。
前記吹出口は、中央部から端部に向けて連続的に幅が広くなるようにされることで湾曲状態となるようにされるとともに、この吹出口に設けられる前記ルーバが前記湾曲状態に対応する湾曲形状に形成されている請求項１に記載の室内機。