JP6481577B2 - 天井埋込型空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、天井内に本体ユニットが埋設された天井埋込型空気調和機に関し、さらに詳しく言えば熱交換器で発生する風切音を抑制する構造に関するものである。

天井埋込型空気調和機は、内部にターボファンとターボファンの外周を囲むように設けられた熱交換器を含む箱型の本体ユニットを天井内に埋設し、本体ユニットの底面に取り付けられた化粧パネルの吸込グリルから吸い込んだ空気を熱交換器で冷媒と熱交換して、吹出口から風向板で風向を調節して室内に送出する空気調和機で、オフィスや店舗等の比較的広い室内に用いられている。

このような天井埋込型空気調和機において、本体ユニットの小型化を図った場合にはターボファンと熱交換器とが近接する。このためターボファンのブレードから発生する渦流が熱交換器のフィンの間に流入する際に、そのフィンにほぼ直角にぶつかるとき、風切音が発生する。

そこで特許文献１では、図１０（図では天地が逆位置）に示すように整流板９１を熱交換器９０の内側に取り付けることにより、熱交換器９０で発生していた風切音の発生を抑制することが行われていた。この整流板９１は、下板９２、上板９３、羽根板９４、９５、９６からなり、羽根板９４の上部に係合爪９７が設けられ、羽根板９６の下部に係合爪９８が設けられ、係合爪９７、９８を熱交換器９０の天板側９０ａにおいて伝熱管９０ｂに係合させることで取り付けられていた。

また、特許文献２には１枚の羽根板で構成された整流板を取り付けることが記載されている。

特開２００１−０９９４３６号公報 特開２０１４−１２９９９４号公報

ところが、整流板の取り付けについては、その取付位置を示す矢印を熱交換器近傍に付するのみであったので、組立作業者によっては、その整流板の取り付けの向きがまちまちとなり、熱交換器で発生する風切音を効果的に抑制することができなかった。

本発明の目的は、熱交換器で発生する風切音を抑制する整流板を正確な向きで取り付けることができるようにした天井埋込型空気調和機を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、天井内に設置され外郭が天板と同天板の外周から下方に延在する側板で形成され前記天板と前記側板の内周面に断熱材による内箱が設けられた本体ユニットと、上記本体ユニットの底面に取り付けられ中央に空気吸込口を備えた化粧パネルとを有し、前記本体ユニットは、ターボファンと、前記空気吸込口から吸い込まれる空気を前記ターボファンにガイドするベルマウスと、複数の板状のフィンの面どうしを所定の間隔を空けて向き合わせそれぞれの前記フィンの間に前記ターボファンの前記外周から吹き出される空気流が流入するように配置した熱交換器と、同熱交換器で生じた結露水を集めるドレンパンと、前記熱交換器の前記空気流を受ける面に装着された整流板と、を備えた天井埋込型空気調和機において、
前記整流板は前記ターボファンの回転方向の上流側に向かう方向に傾斜し且つその方向に湾曲する複数の羽根板を有し、複数の前記羽根板は前記熱交換器への取付時に前記ドレンパンを向く側に取り付けられる下板と前記天板を向く側に取り付けられる上板で接続され、前記下板の外面には前記ターボファン側に頂点が向いた三角形状のマーク部が凸形状に形成され、
前記内箱には前記整流板の前記下板と同一形状の凹部と同凹部の中に三角形状の前記マーク部と同一形状の凸部でなる位置決め用マークが設けられていることを特徴とする。

また、前記内箱には前記熱交換器の周囲に溝状の熱交換器用凹部が設けられ、前記位置決め用マークは前記熱交換器用凹部の側壁に連続して形成されることも含まれる。

さらに、前記下板には前記ターボファンの回転方向の下流側に位置する前記羽根板と交わる第１角部があり、前記位置決め用マークには前記下板の前記第１角部に合わせた第２角部があり、同第２角部から前記側壁に対し垂直となる仮想線上には頂点が前記整流板側に向けて設けられた三角形の凸形状の補助マークが一つ以上配置されることも含まれる。

本発明によれば、本体ユニットに内箱と、熱交換器と、熱交換器の空気流を受ける面に装着される整流板を設けた天井埋込型空気調和機において、内箱に整流板の下板と同一形状の凹部と、同凹部の中に三角形状のマーク部と同一形状の凸部でなる位置決め用マークを設けることで、整流板を正規の取付位置に装着することが容易となり、整流板による風切音抑制の効果を十分発揮させることができるようになる。

本発明の天井埋込型空気調和機の斜視図である。 本発明の天井埋込型空気調和機の縦断面図である。 本発明の天井埋込型空気調和機から化粧パネル、電装品箱、ベルマウス、ターボファンを外した状態の斜視図である。 熱交換器における騒音発生のメカニズムの説明図である。 本発明の整流板の斜視図である。 図５のＡ−Ａ断面図である。 本発明の天井埋込型空気調和機から化粧パネル、電装品箱、ベルマウス、ドレンパンを外した状態の底面図である。 図７のＹ部拡大図である。 図７のＺ部の斜視図で本発明の整流板の取付を説明する図である。 従来の熱交換器に整流板を取り付けた状態を示す斜視図である。

以下、本発明を実施するための形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

天井埋込型空気調和機１（以下空気調和機とする）は、一般的に、図１〜図３に示すように構成されている。本体ユニット１０は正方形の四辺を長辺とし、正方形の四つの角を面取りしてできた四辺を短辺とする略八角形となる板金で形成された天板１３と、天板１３の外周から下方に延在する側板１１とで外郭が形成される。側板１１は、天板１３の短辺に沿って位置する側板１１ａの４箇所に外側に向かって折れ曲がった吊下部１２１と固定部１２２を備えた取付金具１２が固着されている。本体ユニット１０は、この吊下部１２１を図示しない天井裏壁面に埋め込まれた複数の吊りボルトにて吊り下げることで天井Ｔに設置される。

尚、図２における本体ユニット１０において、天板１３方向を上面または上方、空調室Ｋ方向を下面または下方として以下説明する。各部品においても同様である。

本体ユニット１０の天板１３と側板１１の内周面には断熱材による内箱１４が設けられる。また、天板１３の中央内側にはネジによりファンモータ２１が固定され、ファンモータ２１から下方に伸びるシャフト２２にターボファン２３のハブ２３１が軸支される。ターボファン２３はハブ２３１とシュラウド２３３と複数のブレード２３２とからなる。

本体ユニット１０の下部はドレンパン１９で覆われる。ドレンパン１９の中央部分は開口され吸込口１６となる。吸込口１６には吸込口１６とターボファン２３とを繋ぐベルマウス２４が配置される。また、ベルマウス２４の吸込口１６側には、吸込口１６を通る空気の妨げにならないようにＬ字状に形成された電装品箱１８が配置される。電装品箱１８内には空気調和機１を制御する電装部品（図示なし）が収納される。

ファンモータ２１により回転駆動されるターボファン２３により、吸込口１６から空調室Ｋ内の空気が本体ユニット１０内に吸い込まれる。本体ユニット１０内に吸い込まれる空気は、ベルマウス２４に沿ってターボファン２３にガイドされ、ターボファン２３の外方に向かって吹き出される。

ターボファン２３の周囲には熱交換器２５が配設される。図４を参照して熱交換器２５は短冊状のフィン２５１が所定間隔を持って多数配置された中に伝熱管２５２が挿通された板状体からなり、側板１１の各辺に沿ってターボファン２３を四角枠状に囲むように折り曲げて形成される。図７を参照して熱交換器２５は天板１３に固定された熱交換器支持具２６で吊り下げられるとともに、熱交換器２５の伝熱管出口の端部に設けた熱交換固定具２７で天板１３に固定される。

内箱１４は、熱交換器支持具２６と熱交換固定具２７が位置する部分が切り欠けられて天板１３が露出するようになっている。また、内箱１４の熱交換器２５の周囲は溝状の熱交換器用凹部１４１が設けられている。

再び図１〜図３を参照して、熱交換器２５の下部を受けるドレンパン１９は断熱部材１９１とドレンシート１９２でなる。熱交換器２５と対向する面に樹脂製のドレンシート１９２が発泡樹脂の断熱部材１９１と一体に成形され熱交換器２５で生じた結露水を集める。ドレン水は図示しないドレンポンプとドレンポンプに繋がったドレンパイプにより屋外へ排出される。

熱交換器２５は、図示しない冷房運転と暖房運転とが可能な可逆式の冷凍サイクル回路に接続されており、ターボファン２３から導かれた空気を冷房運転時には蒸発器として機能して冷却し、暖房運転時には凝縮器として機能して加熱する。

熱交換器２５と側板１１の内周面の内箱１４との間と、ドレンパン１９に設けられた本体ユニット１０の四辺それぞれに沿った４つの本体吹出口１５は、ターボファン２３から吹き出された空気を後述する化粧パネル３０の吹出口３１へ案内する送風路１７となる。熱交換器２５で冷媒と熱交換された空気は送風路１７と本体吹出口１５を通り後述する吹出口３１から空調室Ｋ内に吹き出される。

本体ユニット１０の底面１０１には、化粧パネル３０が取付金具１２の固定部１２２にネジで取り付けられている。化粧パネル３０は、中央に本体ユニット１０の吸込口１６に連通する複数の吸込孔３２１を設けた四角形状の吸込グリル３２が設けられている。吸込グリル３２の吸込孔３２１の吸込口１６側には除塵フィルタ３２２を備える。吸込グリル３２の周りには、長方形状をなす吹出口３１が、吸込グリル３２の各辺に沿って４箇所に配置されている。

各吹出口３１には、それぞれ風向板３３が設けられている。この風向板３３は、図示しない回動手段によって運転時に所定角度に開かれる。

本発明の発明者は、図４に示すように、ターボファン２３のブレード２３２が矢印Ｘで示す方向へ回転することによって発生する空気流が、熱交換器２５の内面２５Ｂのフィン２５１に向かうとき、ターボファン２３の外周２３ａの接線方向に吹き出され熱交換器２５のフィン２５１に流入する空気流の風向ベクトルＶとフィン２５１の面２５１ａに直交するラインＬ１との角度θ１がどのような角度の場合に、熱交換器２５に発生する騒音が大きくなるかを実験で調べた。なお、熱交換器２５は、複数の板状のフィン２５１の面２５１ａどうしを所定の間隔を空けて向き合わせ、それぞれのフィン２５１の間にターボファン２３の外周２３ａから吹き出される空気流が流入するように配置されている。

この実験によれば、風向ベクトルＶとラインＬ１との角度θ１が、３０度未満の熱交換器２５の領域２５Ａで、且つ風速が速くなる天板１３に近い側において、大きな騒音が発生することを確認した。

これは、熱交換器２５のフィン２５１の面２５１ａに対する風向ベクトルＶの流入角度が直角に近づくためであると考えられる。ただし、風向ベクトルＶとラインＬ１との角度θ１が３０度未満の領域であっても、ターボファン２３から遠く離れた領域では大きな騒音は発生しないことも確認した。これは、そのような遠隔領域では空気流が弱くなって風向ベクトルＶが小さくなっているからであると考えられる。

そこで、本発明では、熱交換器２５の内面２５Ｂにおいて、天板１３に近い側の、ターボファン２３の外周２３ａの接線方向に吹き出された風向ベクトルＶとラインＬ１との角度θ１が３０度未満の領域２５Ａに、樹脂製の整流板４を装着することとする。

この整流板４は、図３に示すように熱交換器２５への取付時にドレンパン１９を向く側に取り付けられる下板４１と、天板１３を向く側に取り付けられる上板４２と、その下板４１と上板４２との間を接続するよう並ぶ複数の羽根板を有する。本実施例では前羽根板４３と中羽根板４４と外羽根板４５からなる３枚の羽根板を有している。羽根板４３〜４５の長さ（図３における上下方向の長さ）は、熱交換器２５の高さの半分程度である。

図５は整流板４の斜視図で、図６は図５のＡ−Ａ断面図である。図５と図６に示すように、整流板４の下板４１の外面（下面）には、頂点４６ａを有する三角形状のマーク部４６が凸形状に形成されている。なお、上板４２の外面（上面）にはマーク部は形成されていない。また、一方の端の前羽根板４３の裏端面の中央には係合爪４３ａが形成され、他方の端の外羽根板４５の裏端面の上下２か所にも係合爪４５ａ、４５ｂが形成されている。

図６に示す前羽根板４３の高さＨ１、中羽根板４４の高さＨ２、外羽根板４５の高さＨ３は、Ｈ１＜Ｈ２＜Ｈ３の関係に設定されている。また、前羽根板４３と中羽根板４４の間隔Ｌ２と、中羽根板４４と外羽根板４５の間隔Ｌ３との関係は、Ｌ２＜Ｌ３に設定されている。さらに、前羽根板４３、中羽根板４４、外羽根板４５は、先端側（図６において下側）がターボファン２３の回転方向Ｘの上流側に向かう方向に傾斜し、かつその方向に湾曲している。つまり、前羽根板４３、中羽根板４４、外羽根板４５はターボファン２３からの風を迎え熱交換器２５のフィン２５１の面２５１ａに沿った流れに整流する形状となっている。よって前羽根板４３、中羽根板４４、外羽根板４５の先端側を結ぶ下板４１と上板４２の内辺４１ａ、４２ａは熱交換器側の外辺４１ｂ、４２ｂに対して傾斜した辺となっている。

尚、下板４１の内辺４１ａとターボファン２３の回転方向の下流側に位置する外羽根板４５と交わる第１角部４１ｃは、後述する補助マーク部５２の位置決めの基準となるものである。

整流板４は図７に示すように、四角枠状の熱交換器２５の各辺に沿って内辺４１ａ、４２ａが、ターボファン２３の回転方向Ｘの上流側に向かうように４箇所に設けられる。整流板４は、天板１３の裏面の内箱１４の近傍に装着されることになる。

図８は図７のＹ部拡大図で、図９は図７のＺ部を拡大した斜視図である。図７と図８に示すように、内箱１４には整流板４を最適な取付位置に導きその向きを示す位置決め用マーク５が設けられる。内箱１４は熱交換器２５の周囲に溝状の熱交換器用凹部１４１が設けられており、位置決め用マーク５は熱交換器用凹部１４１の側壁１４１ａに連続して約２ｍｍ凹んだ凹形状に形成される。

この位置決め用マーク５は、整流板４の下板４１と同一形状の凹部５０であり、その凹部５０の中に下板４１に設けたマーク部４６と同一形状で頂点５１ａを有する凸部５１が設けられている。

また、位置決め用マーク５には、下板４１の第１角部４１ｃに合わせた第２角部５ａがあり、第２角部５ａから側壁１４１ａに対し垂直となる仮想線Ｃ１上の第２角部５ａから側壁１４１ａの間に三角形の凸形状である補助マーク５２を設ける。補助マーク５２の頂点５２ａは整流板４側に向けて設けられる。補助マーク５２は一つでもよいが図８では仮想線Ｃ１上に等間隔に３個設けられる。

本体ユニット１０の組み立ては図３と天地を逆にして天板１３を下に置いて行う。天板１３に内箱１４と熱交換器２５とファンモータ２１およびターボファン２３を取り付けた後に整流板４を取り付ける。図８と図９に示すように整流板４の下板４１を上から見て位置決め用マーク５の位置と形および三角形のマーク部４６を凸部５１と合わせる。そして、整流板４の三角形のマーク部４６の頂点４６ａが、位置決め用マーク５の三角形の凸部５１の頂点５１ａに最も近づくように、位置合わせを行ってから、係合爪４３ａ、４５ａ、４５ｂを熱交換器２５の伝熱管２５２に係合する。この時整流板４の下板４１と位置決め用マーク５を合わせることで、整流板４の下板４１と上板４２の上下関係を間違えて取り付けることを防止できる。

また、整流板４の第１角部４１ｃを位置決め用マーク５の補助マーク５２に合わせ、３個ある補助マーク５２に沿って順次整流板４を熱交換器２５の方向に移動させることで、左右の微妙なズレを防ぐことができる。

また、整流板４を最適な位置に取り付ける場合に、図７のＷ部のように、整流板４が熱交換器固定具２７の重なる位置となることがある。この場合、熱交換器固定具２７は天板１３に固定するために内箱１４は切り取られる。そのため位置決め用マーク５が欠けることになる。この場合においても、補助マーク５２が一つでも残れば第１角部４１ｃを補助マーク５２に合わせることができて、整流板４を最適な位置に取り付けることができる。

これにより、整流板４は、ターボファン２３の回転方向Ｘに前羽根板４３、中羽根板４４、外羽根板４５が並んだ状態で、熱交換器２５の領域２５Ａの内面２５Ｂにおいて天板１３の裏面に寄った側に装着されることになる。

以上の結果、ターボファン２３の外周２３ａの接線の方向に吹き出される空気流の風向ベクトルＶとフィン２５１に直交するラインＬ１との間の角度θ１が３０度未満になる熱交換器２５の内面２５Ｂの領域２５０Ａの部分では、フィン２５１に吹き付けられる空気流が、整流板４の前羽根板４３、中羽根板４４、外羽根板４５によって、そのフィン２５１の面２５１ａに平行に近い角度に整流されるので、騒音の発生を効果的に抑制することができる。

このとき、前羽根板４３、中羽根板４４、外羽根板４５は、整流板４のターボファン２３に近づくほどその高さがＨ１＜Ｈ２＜Ｈ３のように低くなっている、つまりターボファン２３から吹き付けられる空気流が強い側ほど羽根板の高さが低くなっているので、この前羽根板４３、中羽根板４４、外羽根板４５自体で発生する騒音を回避できる。また、前羽根板４３、中羽根板４４、外羽根板４５は、風の侵入方向に対して風を迎える、つまり風を取り込むように傾斜しさらに湾曲しているので、空気流に対する抵抗を小さくして熱交換器２５のフィン２５１に送り込むことができる。また、中羽根板４４と外羽根板４５の間隔Ｌ２が前羽根板４３と中羽根板４４の間隔Ｌ１よりも大きくなっているので、風向ベクトルＶとラインＬ１との角度θ１が３０度以上となって比較的弱くなった空気流に対する整流抵抗部分が、外羽根板４５のみとなり、弱い空気流の取込効率の低下を抑制できる。

また、整流板４の取付位置を示すように天板１３の裏面の内箱１４に設けた位置決め用マーク５が、整流板４の下板４１と同一形状の凹部５０と、同凹部５０の中に整流板４の下板４１の三角形状のマーク部５１と同一形状の凸部５１でなることで、整流板４の取付時は位置決め用マーク５に整流板４の向きを合わせればよく、整流板４が誤った向きで取り付けられることを防止できる。また、整流板４の形状を位置決め用マーク５によって事前に知ることができるので、取り付けるべき整流板４を部品箱から選択することが容易となり作業性も向上する。また、整流板４の下板４１と上板４２の内の下板４１の下面のみに位置決め用マーク５を付するので、整流板４の下板４１と上板４２の上下関係を間違えて取り付けることを防止できる。さらに、位置決め用マーク５には補助マーク５２があり、整流板４の第１角部４１ｃを位置決め用マーク５の補助マーク５２に合わせ、３個ある補助マーク５２に沿って順次整流板４を熱交換器２５の方向に移動させることで、左右の微妙なズレを防ぐことができる。これにより、整流板４による風切音抑制の効果を十分発揮させることができるようになる。

１：天井埋込型空気調和機、１０：本体ユニット、１３：天板、１４：内箱、１４１：熱交換器用凹部、１４１ａ：側壁、１９：ドレンパン
２１：ファンモータ、２３：ターボファン、２３ａ：外周、２３２：ブレード、２５：熱交換器、２５Ａ：領域、２５Ｂ：内面、２５１：フィン、２５１ａ：面、２５２：伝熱管、２４：ベルマウス
３０：化粧パネル、３２：吸込グリル
４：整流板、４１：下板、４１ｃ：第１角部、４２：上板、４３：前羽根板、４４：中羽根板、４５：外羽根板、４３ａ，４５ａ，４５ｂ：係合爪、４６：マーク部、４６ａ：頂点
５：位置決め用マーク、５０：凹部、５１：凸部、５２：補助マーク

Claims (3)

1. 天井内に設置され外郭が天板と同天板の外周から下方に延在する側板で形成され前記天板と前記側板の内周面に断熱材による内箱が設けられた本体ユニットと、上記本体ユニットの底面に取り付けられ中央に空気吸込口を備えた化粧パネルとを有し、前記本体ユニットは、ターボファンと、前記空気吸込口から吸い込まれる空気を前記ターボファンにガイドするベルマウスと、複数の板状のフィンの面どうしを所定の間隔を空けて向き合わせそれぞれの前記フィンの間に前記ターボファンの前記外周から吹き出される空気流が流入するように配置した熱交換器と、同熱交換器で生じた結露水を集めるドレンパンと、前記熱交換器の前記空気流を受ける面に装着された整流板と、を備えた天井埋込型空気調和機において、
   前記整流板は前記ターボファンの回転方向の上流側に向かう方向に傾斜し且つその方向に湾曲する複数の羽根板を有し、複数の前記羽根板は前記熱交換器への取付時に前記ドレンパンを向く側に取り付けられる下板と前記天板を向く側に取り付けられる上板で接続され、前記下板の外面には前記ターボファン側に頂点が向いた三角形状のマーク部が凸形状に形成され、
   前記内箱には前記整流板の前記下板と同一形状の凹部と同凹部の中に三角形状の前記マーク部と同一形状の凸部でなる位置決め用マークが設けられていることを特徴とする天井埋込型空気調和機。
2. 前記内箱には前記熱交換器の周囲に溝状の熱交換器用凹部が設けられ、前記位置決め用マークは前記熱交換器用凹部の側壁に連続して形成され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. 前記下板には前記ターボファンの回転方向の下流側に位置する前記羽根板と交わる第１角部があり、前記位置決め用マークには前記第１角部に合わせた第２角部があり、同第２角部から前記側壁に対し垂直となる仮想線上には頂点が前記整流板側に向けて設けられた三角形の凸形状の補助マークが一つ以上配置されることを特徴とする請求項２に記載の天井埋込型空気調和機。

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