JP6411867B2 - 空気調和機の室内ユニット - Google Patents

Description

本発明は、空気調和機の室内ユニットであって、薄型に形成したものに関する。

いわゆるルームエアコン等の空気調和機は、室内ユニットと室外ユニットの間で冷媒流体を循環させてヒートポンプ式冷凍サイクルを構成するものが一般的である。そして、この種の空気調和機の室内ユニットは、従来から、例えば図５にその概略構成を示すように、室内の壁面１１０の上部に設置されるケーシング１００内に、室内（ケーシング１００の外側）の空間から取り込まれた空気が流通する多数のフィン及びこのフィンを貫通して設けられ冷媒流体が流通する冷媒配管からなる熱交換器１０１と、ケーシング１００の吸込グリル１００ａの内側にあって熱交換器１０１の前面を包囲するように配置されたエアフィルタ１０２と、室内の空気を吸込グリル１００ａからケーシング１００内へ取り込んで、エアフィルタ１０２及び熱交換器１０１を通過させてケーシング１００の吹出口１００ｂから室内へ吹き出すファン１０３と、熱交換器１０１から滴下する結露水を回収するドレンパン１０４を備えている。

すなわちこの種のヒートポンプ式空気調和機は、不図示の室外ユニットから送られる冷媒流体が室内ユニットの熱交換器１０１を通過する際に、ファン１０３によってケーシング１００内へ取り込まれる空気と潜熱の授受を行いながら相変化し、これによって冷却または加熱された空気を、吹出口１００ｂから室内へ吹き出すことによって、室内を冷房又は暖房するものである。

特開２０１３−２１７６１４号公報

従来、空気調和機の室内ユニットは、室内の静寂性を保つように、ファン１０３には低騒音のクロスフローファンが多く採用されているが、現状では１ｍ離れた位置での騒音レベルが40dB〜45dBとなっている。

また、クロスフローファンは多数の羽根（ランナ）が円筒状に並んだ構造をもつため、その直径はある程度大きなものとする必要があり、しかも熱交換器１０１がこのクロスフローファン（ファン１０３）を取り囲むように設けられることから、従来構造では、設置面（例えば壁面１１０）からのケーシング１００の厚みＴが最小でも150ｍｍ程度あり、天井カセット型や天井吊型の室内ユニットでは最小でも200ｍｍ程度あり、薄型化が困難であった。

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題とするところは、従来よりも薄型化が可能で、しかも静寂性に優れ、快適な空調空間を創出することの可能な室内ユニットを提供することにある。

請求項１に係る発明の空気調和機の室内ユニットは、水平方向一端に空気吸込口を有し、その反対側の端部に送気口を有するケーシングと、室内の空気を前記空気吸込口から取り込んで前記送気口へ向けて送風し、送風方向に対して水平方向に直交する方向に互いに並列に配置された複数のファンからなる送風部と、前記送風部による風路に配置されて内部に冷媒流体を流通させる熱交換器と、前記送気口に連絡して水平方向に延び、反対側の端部はスリット状吹出口となっているスリット状風路を内部に有し、下部壁面が前記熱交換器によって冷却又は加熱された空気と接触する放射パネルからなるチャンバーと、を備える。

上記構成を備える空気調和機の室内ユニットにおいては、運転状態では、空気吸込口からケーシング内に取り込まれた空気が送風部による風路を流れて熱交換器を通過する過程で、この熱交換器内を流通する冷媒流体との熱交換によって冷却又は加熱され、送気口から室内へ吹き出される。

熱交換器によって冷却又は加熱された空気は、放射パネルと接触しながら室内へ吹き出される。放射パネルは、熱交換器において冷却又は加熱された空気と接触することによって冷却又は加熱され、その表面温度に応じた放射強度で室内の空間へ熱放射することによる放射冷暖房を行うものである。一方、放射パネルと熱交換されることによって適宜昇温した冷却空気又は適宜降温した加熱空気は、放射パネルを通過した後で室内空間へ流出し、対流によって室内空間の空気を調温する室内対流冷暖房を行うものである。このため、冷却空気又は加熱空気が室内空間へ流出することによる対流冷暖房と、放射パネルからの熱放射による放射冷暖房を併用したものとなり、立ち上がり性に優れた冷暖房が可能となる。しかも、対流型の冷暖房と同様に室内空気を取り込んで空調するものであるため、冷房時における除湿性を確保することができる。

請求項２に係る発明の空気調和機の室内ユニットは、請求項１に記載された構成において、送風部のファンが軸流型のファンモータからなるものである。

すなわち上記構成を備える空気調和機の室内ユニットは、送風部に軸流型のファンモータを用いることによって、所要の風量を確保すると共に小型化を実現可能であり、かつ静寂性を向上することができる。

請求項３に係る発明の空気調和機の室内ユニットは、請求項１又は２に記載された構成において、送風部を制御する制御装置を備え、この制御装置が、送風部の複数のファンのうちの駆動台数を選択可能とするものである。

すなわち上記構成を備える空気調和機の室内ユニットは、送風部のファンの駆動台数を制御することで、全体の風量を容易に調整することができる。

本発明の空気調和機の室内ユニットによれば、薄型化が可能であり、しかも静寂性に優れたものとすることができる。

また、熱交換器より下流側に放射パネルを設けることで、対流冷暖房と放射冷暖房を併用することができ、快適な空調空間を創出することができる。

空気調和機の室内ユニットの好ましい第一の実施の形態を示す内部構造の平面配置図である。 図１におけるII−II線を通る鉛直面で切断した縦断面図である。 空気調和機の室内ユニットの他の好ましい実施の形態を示す縦断面図である。 空気調和機の室内ユニットの好ましい実施の形態を示す使用状態の斜視図である。 従来の技術による空気調和機の室内ユニットの一例を示す縦断面図である。

以下、空気調和機の室内ユニットの好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。まず図１及び図２は、第一の実施の形態を示すものである。

図１及び図２において、参照符号１はヒートポンプ式の空気調和機の室内ユニットの外殻を構成するケーシングであって、金属、木質板、あるいはアクリル等の合成樹脂から選択された材質からなり、平面形状が略長方形で水平方向に扁平な箱型をなす。このケーシング１は、上面１３が建物の天井Ｃへの取付面となっており、水平方向一端に空気吸込口１１が開設され、その反対側の端部には後述するチャンバー６によるスリット状風路Ａ_１への送気口１２が開設されている。また、空気吸込口１１には不図示のグリルが設けられており、空気吸込口１１の内側にはエアフィルタ２が着脱自在に配置されている。

ケーシング１内には、空気吸込口１１から空気吹出口１２へ向かう略水平な風路Ａを形成する送風部３と、風路Ａ内の送風方向に対して送風部３より上流側であってエアフィルタ２の下流側に位置する熱交換器４が配置されている。

送風部３は、この送風部３による風路Ａ内の送風方向に対して互いに並列に配置された複数（図示の実施の形態では１２台）のファン３０からなるものである。ファン３０としては、例えばパソコンの空冷のための送風手段などとして用いられるような、機外静圧が25Pa程度の性能をもつ小型の軸流ファンモータが好適であり、羽根車（プロペラ）３１と、これを回転させるモータ３２と、羽根車３１の外周を包囲すると共にモータ３２を支持するフレーム３３からなる。

熱交換器４は、送風部３による送風方向と略平行な方向に延びて厚さ方向に狭い隙間をもって並んだ多数のフィン４１と、このフィン４１を貫通して延びると共に不図示の室外ユニットとの間で冷媒流体Ｆを循環させる冷媒回路を形成する冷媒配管４２とからなり、全体として送風方向と直交する方向へ延びている。

そしてこの熱交換器４は、例えば冷房運転では、室外ユニットの熱交換器において放熱して液化された冷媒流体Ｆが、熱交換器４の冷媒配管４２内を流通する過程で、送風部３によって空気吸込口１１からエアフィルタ２を通って取り込まれフィン４１，４１間の隙間を通過する空気から潜熱を吸収しながら気化することによって前記空気を冷却し、暖房運転では、室外ユニットによって気化された冷媒流体Ｆが、熱交換器４内の冷媒配管４２を流通する過程で、送風部３によって空気吸込口１１からエアフィルタ２を通って取り込まれフィン４１，４１間の隙間を通過する空気へ潜熱を放出しながら凝縮（液化）することによって空気を加熱するものである。

熱交換器４の下側には、冷房運転時にこの熱交換器４で冷却される空気中の水蒸気が凝縮することにより発生して滴下する結露水（ドレン）Ｄを回収するドレンパン５が配置されている。このドレンパン５は、結露水Ｄを確実に集水できるように熱交換器４の鉛直方向投影面積よりも広く、1/50程度の勾配をもっている。そしてこのドレンパン５に回収されると共に勾配によってその一端へ集水された結露水Ｄは、ドレンポンプ５１によって、ドレン配管５２を介して室外へ排出されるようになっている。

ケーシング１の送気口１２には、熱交換器４より下流側にあって下面がケーシング１の下面１４と同一平面をなすチャンバー６が取り付けられている。このチャンバー６は、少なくともその下部壁面が放射パネル６１からなるものである。チャンバー６の内部は、水平方向に広くかつ上下方向に狭いスリット状風路Ａ_１となっており、このスリット状風路Ａ_１におけるケーシング１と反対側の端部はスリット状吹出口Ａ_２となっている。チャンバー６は、送風部３による送風方向への長さが例えば1500〜1800ｍｍ程度であり、言い換えればスリット状風路Ａ_１が1500〜1800ｍｍ程度の長さに形成される。また、放射パネル６１には、例えば熱抵抗の小さい薄肉の硬質繊維板（ハードボード）が採用される。

参照符号７は制御装置である。この制御装置７はケーシング１内にあって、隔壁１５により風路Ａから隔絶されたスペースに配置されていて、不図示のリモコン装置からの操作信号によって、運転をＯＮ・ＯＦＦしたり、冷房運転と暖房運転を切り替えたり、ドレンポンプ５１の駆動を制御したり、送風部３におけるファン３０の駆動台数を制御し、あるいは複数のファン３０のうちのどれを駆動させるかといった駆動選択を行うものである。

以上の構成を備える第一の実施の形態に係る室内ユニットは、図２及び図４に示すように、例えば天井Ｃに取り付けられるものである。そして冷房運転の場合は、室内空間Ｓから空気吸込口１１及びエアフィルタ２を通ってケーシング１内へ取り込まれた空気が、風路Ａを流れて熱交換器４のフィン４１，４１間の隙間を通過する過程で、冷媒配管４２内を流れる冷媒流体（冷媒液）Ｆが蒸発するための潜熱を吸収されることによって冷却された後、前記送風部３を通ってケーシング１の送気口１２から放射パネル６１とチャンバー６によるスリット状風路Ａ_１へ送られ、放射パネル６１の上面と接触しながらスリット状風路Ａ_１を通過してスリット状吹出口Ａ_２から室内へ吹き出される。また、熱交換器４で発生した結露水Ｄはドレンパン５に回収され、ドレンポンプ５１によって、ドレン配管５２を介して室外へ排出される。

放射パネル６１は、熱交換器４によって冷却された空気と接触することによって冷却され、その表面温度に応じた放射強度で室内の空間へ熱放射することによる放射冷房を行うものである。詳しくは、放射冷房では、冷却された放射パネル６１からの熱（赤外線）の放射強度は著しく低いものとなるので、ヒトの体表面などから放射された熱が、冷却された放射パネル６１の表面で吸収されることによって冷感を感じることができる。

そして、スリット状吹出口Ａ_２から室内空間Ｓへ流出し、対流によって室内空間Ｓを下降する冷却空気は、放射パネル６１との熱交換によって適宜昇温しているため、室内対流による下降速度が緩やかであり、しかもこの下降気流は放射パネル６１の真下では発生しない。このため例えば図４に示すように、放射パネル６１の下側に設置したベッドＢに横臥したユーザーは、主として放射パネル６１からの放射冷房による冷感を感じることができ、不快な気流感も抑えられる。

また、例えば暖房運転では、空気吸込口１１からエアフィルタ２を通ってケーシング１内へ取り込まれた空気が、風路Ａを流れて熱交換器４のフィン４１，４１間の隙間を通過する過程で、冷媒配管４２内を流れる冷媒流体（冷媒ガス）Ｆが凝縮する際の潜熱を受け取ることによって加熱される。このため、熱交換器４の下流側に配置された放射パネル６１は、加熱された空気が擦過することによって加熱され、その表面温度に応じた放射強度で室内空間Ｓへ熱放射する。

そして、スリット状吹出口Ａ_２から室内空間Ｓへ流出した加熱空気は、比重が小さいことから室内空間Ｓの上部（ヒトの身長より高い領域）に滞留する。このためヒトの生活空間内での上下温度分布差や気流による不快感が抑えられて、例えばベッドＢに横臥したユーザーは、主として放射パネル６１からの熱放射による温感を感じるものとなる。

また、上記構成の室内ユニットは、スリット状吹出口Ａ_２から冷却空気又は加熱空気が室内空間Ｓへ流出することによる対流冷暖房と、放射パネル６１による放射冷暖房を併用したものであるため、立ち上がり性に優れた空調が可能となる。しかも、対流型のものと同様に室内空気を取り込んで空調するものであるため、冷房時における除湿性を確保することができる。

さらに、送風部３は、複数のファンを送風方向に対して互いに並列に配置することによって所要の風量を確保するため、個々のファン３０として、例えば高さ及び幅Ｌ_１が82ｍｍ程度、軸方向の奥行きＬ_２が32ｍｍ程度で機外静圧が25Pa程度の性能をもつ小型の軸流ファンモータなどを好適に採用することができる。そして、このような軸流ファンモータを１２台、送風方向に対して並列に配置した試作機によれば、面風速が2〜2.5ｍ/秒で、約600ｍ^３/時の風量が得られることが確認された。

そして送風部３は、複数のファン３０を送風方向に対して互いに並列に配置することによって所要の風量を確保しているため、個々のファン３０を小型化することができる。試作機では、送風部３を構成するファン３０の高さ及び幅Ｌ_１が上述のように82ｍｍ程度であることや、面風速2〜2.5ｍ/秒、風量600ｍ^３/時で空気側圧損20Pa、冷却能力1.5ｋWで設計した場合、熱交換器４のサイズを、高さが44ｍｍ程度、送風方向の奥行きが77ｍｍ程度、送風方向と直交する方向の幅が1000ｍｍ程度とすることができることから、ケーシング１は、高さＨを100ｍｍ前後、あるいはそれ以下の扁平な形状とすることができる。

したがって、上述の例のように天井Ｃに直接設置しても、全体の厚さを100ｍｍ前後、あるいはそれ以下の薄いものにできることから、ユーザーへの圧迫感が少ないものとすることができる。

また、送風部３のファン３０として用いた上述のような軸流ファンモータは、それ自体が低騒音であるのに加え、送風部３の上流側には熱交換器４及びエアフィルタ２が配置され、送風部３の下流側では風路Ａが水平方向に広くかつ上下方向に狭いスリット状となっていることで、送風部３からの騒音が極力ケーシング１の外部へ漏れにくい構造となっているため、ケーシング１から１ｍ離れた位置での騒音レベルを40dB以下の低いものとすることができる。

さらに、送風部３のファン３０の駆動台数を制御することで、スリット状吹出口Ａ_２からの空調空気の全体の吹出風量を任意に調整できるほか、ファン３０の駆動領域を切り替え、すなわち、例えば図１におけるファン３０_１〜３０_６のみを駆動させるか、あるいはファン３０_７〜３０_１２のみを駆動させるかといった制御を行うことによって、放射パネル６１に対する冷却空気又は加熱空気の接触領域を任意に切り替えて、放射パネル６１からの熱放射領域を変更することができる。

図３は、空気調和機の室内ユニットの他の実施の形態を示すものである。この実施の形態において、上述した第一の実施の形態と異なるところは、ケーシング１の送気口１２に、チャンバー６によるスリット状風路Ａ_１が接続されていない点にある。ケーシング１内に配置された機器等の構成は、基本的に第一の実施の形態と同様とすることができる。

上記構成の室内ユニットは、例えば建物の躯体スラブＥと天井Ｃとの間に画成された天井裏空間Ｓ’に設置することによって、天井放射型の放射空調システムを構築することができる。このようにすれば、天井裏空間Ｓ’内の空気が空気吸込口１１及びエアフィルタ２を通ってケーシング１内へ取り込まれ、熱交換器４のフィン４１，４１間の隙間を通過する過程で、冷媒配管４２内を流れる冷媒流体Ｆとの潜熱の授受によって冷却又は加熱された後、送風部３を通ってケーシング１の送気口１２から天井裏空間Ｓ’へ吹き出される。このため、密閉状の天井裏空間Ｓ’内の空気は室内ユニットとの間で循環しながら冷却又は加熱され、これによって冷却又は加熱された天井Ｃからその表面温度に応じた放射強度で室内空間Ｓへ熱放射することによる放射冷暖房が行われる。

そしてこの実施の形態によれば、先に説明したように、室内ユニットの外殻を構成するケーシング１は厚さが100ｍｍ前後、あるいはそれ以下の薄いものであることから、天井裏空間Ｓ’の高さが狭いものであっても設置することができる。

また、この室内ユニットは薄型であることから、第一の実施の形態と同様に天井Ｃの下面に取り付けても良く、その他、壁面や、ベッドの下の隙間などに設置することも可能である。

本発明による空気調和機の室内ユニットは、住宅、オフィス、商業店舗、病院、学校などの室内空間の空調手段として好適に実施することができる。

１ ケーシング
１１ 空気吸込口
１２ 送気口
２ エアフィルタ
３ 送風部
３０ ファン
４ 熱交換器
６ チャンバー
６１ 放射パネル
７ 制御装置
Ａ 風路
Ａ_１ スリット状風路

Claims (3)

1. 水平方向一端に空気吸込口を有し、その反対側の端部に送気口を有するケーシングと、
   室内の空気を前記空気吸込口から取り込んで前記送気口へ向けて送風し、送風方向に対して水平方向に直交する方向に互いに並列に配置された複数のファンからなる送風部と、
   前記送風部による風路に配置されて内部に冷媒流体を流通させる熱交換器と、
   前記送気口に連絡して水平方向に延び、反対側の端部はスリット状吹出口となっているスリット状風路を内部に有し、下部壁面が前記熱交換器によって冷却又は加熱された空気と接触する放射パネルからなるチャンバーと、
   を備えることを特徴とする空気調和機の室内ユニット。
2. 送風部のファンが軸流型のファンモータからなることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機の室内ユニット。
3. 送風部を制御する制御装置を備え、この制御装置が、送風部の複数のファンのうちの駆動台数を選択可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の空気調和機の室内ユニット。

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