JP6578907B2 - 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空気吸込口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設置されている。

このような天井埋込型空気調和機において、ターボファンから吹き出された気流は熱交換器のフィンの隙間にフィンと平行になる入射角度（９０度）で流入すると熱交換効率が向上し騒音も抑えられるが、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。この近接する部分では、ターボファンから吹き出された気流が熱交換器のフィンに対して斜めになる入射角度で流入しようとすると、気流は熱交換器に導かれにくくなり入射角度が小さくなるのにつれて熱交換効率が下がるとともにフィン周辺に渦ができて風切音が発生する。

そこで特許文献１では、図８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、ターボファンから吹き出された気流を熱交換器９０に対して大きな入射角度で流入するように導き熱交換器９０で発生する風切音を抑制することが行われていた。この整流板９１は、ターボファンの回転方向と反対方向に傾斜し、内側に膨出した曲面状に形成された同形の羽根板９４、９５、９６が平行に配置され下板９２、上板９３で接続されている。
羽根板９４、９５、９６は気流の吹出方向を向いているため、ターボファンから吹き出された気流は大きな入射角度で整流板９１に流入し、羽根板９４、９５、９６に沿って導かれ、熱交換器９０に大きい入射角度で流入する。さらに羽根板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。

特開２００１−０９９４３６号公報

ターボファンは本体ユニットに固定されたファンモータに軸支されるハブと空気吸込口側に配置されたシュラウドと、ハブとシュラウドに挟まれた複数のブレードとからなる。そしてブレードが、そのハブ側の先端部がターボファンの内側を向き、シュラウド側の先端部がターボファンの外周側を向きハブ側先端部より外側に位置することで捻られた形状となるものがある。これはブレードを捻ることで気流の当たる面積を大きくして吹き出される風量を多くするものである。この場合には、図８の整流板９１に対してターボファンのハブに近い上板９３側にはターボファンの内側から吹き出された気流が緩やかな角度で当たるが、ターボファンのシュラウドに近い下板９２側では、ターボファンの外周側から吹き出された気流が急な角度で当たることになる。しかし、整流板９１の羽根板９４、９５、９６の角度は下板９２側でも上板９３側でも一定であり、気流の吹出方向を向いていない部分があるため、熱交換器９０に気流を十分に導くことができず、風切音を完全には抑制することができない。

本発明の目的は、ターボファンから吹き出される気流の吹出方向に合わせた整流板を設けることで風切音を抑制することにある。

上述した課題を解決するために本発明は、天井内に設置され外郭が天板と前記天板の外周から下方に延在する側板で形成された本体ユニットと、前記本体ユニットの底面に取り付けられ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ターボファンの周囲を四角枠状に囲む熱交換器と同熱交換器が前記ターボファンから吹き出された気流を受ける吸込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、
前記ターボファンは、前記天板の中央に固定されたファンモータに軸支されるハブと、前記空気吸込口側に配置されたシュラウドと、前記ハブと前記シュラウドに挟まれた複数のブレードとからなり、前記ターボファンが回転する方向を下流側としその反対方向を上流側とした場合において、前記ブレードは、前記ブレードの下流側の前記ハブ側先端部が前記ターボファンの内側を向き、前記シュラウド側先端部が前記ターボファンの外周側を向き前記ハブ側先端部より外側に位置するように捻られた形状であり、
前記整流板は一枚の羽根板で形成され、前記羽根板は前記熱交換器側を装着面とし、前記ターボファン側をファン側面とし、前記ハブに近い平面を上面とし、前記シュラウドに近い平面を下面とし、前記装着面から前記ファン側面に掛けて前記上流側の側面を第１側面とし、前記下流側の側面を第２側面とした場合に、
前記上面は前記吸込面に対し前記第１側面側の第１辺が前記上流側に向けて傾斜し、前記下面は前記吸込面に対し前記第１側面側の第２辺が前記第１辺よりも前記上流側に向けて傾斜し、前記第１側面は前記第１辺から前記第２辺の間で徐々に傾斜角度が変化した捻られた面となり、前記整流板は、複数の前記羽根板が前記上流側から前記下流側に平行に配置されて互いの前記上面が上板で接続され、互いの前記下面が下板で接続され、前記羽根板は、前記装着面から前記ファン側面までの高さが、前記上流側の羽根板よりも前記下流側の羽根板が大きくなることを特徴とする

本発明によれば、熱交換器に導かれる気流の入射角度に合わせた整流板を設けることで風切音を抑制することができる。

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。 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４のＲ部拡大図で、（ａ）はハブ側の気流を示す図で、（ｂ）はシュラウド側の気流を示す図である。 本発明の整流板を示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は上面図、（ｅ）は底面図、（ｆ）は（ｂ）のＡ−Ａ端面図、（ｇ）は（ｂ）のＢ−Ｂ端面図、（ｈ）は（ｂ）のＣ−Ｃ端面図である。 本発明の実施例２の整流板を示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ｂ）のＥ−Ｅ断面図、（ｄ）は（ｂ）のＦ−Ｆ断面図、（ｅ）は（ｂ）のＧ−Ｇ断面図である。 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１における本体ユニット１０に沿わした座標において、Ｙ方向を上面または上方、−Ｙ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６のハブ６１が軸支される。ターボファン６はハブ６１とシュラウド６３とハブ６１とシュラウド６３に挟まれた複数のブレード６２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６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６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６に導かれ、ターボファン６のハブ６１とシュラウド６３の間から外方に向かって吹き出される。

ターボファン６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６を四角枠状に囲むように角部２５ｂで丸く折り曲げて形成される。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器固定具２７で天板１３に固定される。

内箱１４は熱交換器支持具２６と熱交換器固定具２７が位置する部分が切り欠かれて天板１３が露出するようになっている。

再び図２と図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６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６から吹き出された気流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。

図４示すターボファン６はシュラウド６３を外してブレード６２を現したものである。矢印はターボファン６の回転方向Ｓを示す。尚、ターボファン６が回転する方向（回転方向Ｓ）を下流側としその反対方向を上流側として以下説明する。７枚のブレード６２は円形のハブ６１上に配置されている。ブレード６２はブレード６２の下流側のハブ側先端部６２ａがターボファン６の内側を向くように中心線Ｓ１上に位置し、シュラウド側先端部６２ｂがターボファン６の外周６ａ側を向きハブ側先端部６２ａより外側にくるように中心線Ｓ２上に位置する。これによりブレード６２が三次元的に捻られた形状になる。これによりブレード６２に気流が当たる面積が大きくなりブレード６２に沿って気流が広範囲に吹き出され風量を多くすることが可能となる。

図５は熱交換器２５とターボファン６が近接する図４におけるＲ部拡大図である。図５（ａ）はハブ６１側の近傍を示し、図５（ｂ）はシュラウド６３側の近傍を示す。ブレード６２の形状に沿ってブレード６２のハブ６１側から吹き出される気流Ｐ１は図５（ａ）にあるように熱交換器２５のターボファン６から吹き出された気流を受ける吸込面２５ａのフィン２５１に対する入射角度７１が９０度に近い角度となり気流Ｐ１はフィン２５１に対して平行に近い方向から流入する。一方、シュラウド６３側から吹き出される気流Ｐ２は図５（ｂ）にあるように熱交換器２５の吸込面２５ａのフィン２５１に対する入射角度７２が０度に近い角度となり気流Ｐ２はフィン２５１に対して垂直に近い方向から流入する。またハブ６１近傍からシュラウド６３近傍までの間は入射角度が徐々に入射角度７１から入射角度７２の間で変化する。

そこで、本発明では図４に示すように内箱１４の内側で熱交換器２５各辺の吸込面２５ａの４箇所でターボファン６が近接する下流位置にターボファン６から吹き出された気流を熱交換器２５に導く樹脂製の整流板４を設ける。尚、図４では整流板４と他の実施例の整流板５の装着例を示しているが実施の際は同形の整流板を４箇所に配置するものである。

整流板４は図６に示すように熱交換器２５の伝熱管２５２に係合される係合爪４１と一枚の板体の羽根板４２で形成される。羽根板４２は、係合爪４１を備え熱交換器２５に装着される面を装着面４３とし、ターボファン６側をファン側面４４とし、ハブ６１に近い平面を上面４５とし、シュラウド６３に近い平面を下面４６とし、装着面４３からファン側面４４に掛けて上流側の側面を第１側面４７とし、下流側の側面を第２側面４８とした場合において、上面４５は熱交換器２５の吸込面２５ａに対し第１側面４７側の第１辺４５１が上流側に向けて傾斜する。ここでは傾斜角度をＮ１とする。また下面４６は熱交換器２５の吸込面２５ａに対し第１側面４７側の第２辺４６１が第１辺４５１より-も上流側に向けてさらに傾斜する。よって第１側面４７は第１辺４５１から第２辺４６１の間で徐々に傾斜角度が変化した捻られた面となる。これにより前述のようにブレード６２が三次元的に捻られることにより変化する気流の入射角度に合わせて整流板４の羽根４２の角度も変化することで、ターボファン６から吹き出された気流を導き吸込面２５ａに大きな入射角度で十分に流入させることができ、従来よりも風切音を抑制することができる。

図６（ｄ）に示す上面４５の傾斜角度Ｎ１は約２０度の傾斜である。また図６（ｅ）に示す下面４６の傾斜角度Ｎ２は約４０度の傾斜である。よって下面４６は約２倍の角度で傾斜しているが、これに限らずブレード６２の捻られた形状に合わせて角度を決めることとなる。

図６（ｆ）のＡ−Ａ端面図は第１辺４５１に近い切断面の図で気流Ｐ１は入射角度７１が９０度に近い角度となり、第１側面４７も入射角度７１に合わせた傾斜角度Ｎ１となっている。図６（ｇ）のＢ-Ｂ端面図は羽根板６の中程の切断面の図で気流Ｐ３は入射角度７３が４５度に近い角度となり、第１側面４７も入射角度７３に合わせた傾斜角度Ｎ３となっている。図６（ｈ）のＣ−Ｃ端面図は第２辺４６１に近い切断面の図で気流Ｐ２は入射角度７２が０度に近い角度となり、第１側面４７も入射角度７２に合わせた傾斜角度Ｎ３となっている。よって第１側面４７において傾斜角度は傾斜角度Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３と徐々に傾斜する。このようにすることで、異なる入射角度で流入する気流に対して第１側面４７の向きを平行にできるので、気流を整流板４に沿って吸込面２５ａまで導き、吸込面２５ａに対して大きな入射角度で十分に流入させることができる。この結果、熱交換器２５で発生する風切音を抑制することができる。

図６（ｄ）および図（ｈ）に示すように、ブレード６２からの気流を受けやすいように第１辺４５１は下流側に膨出した第１円弧４７ａを備える。また第２辺４６１は下流側に膨出した第２円弧４７ｂを備える。第１円弧４７ａと第２円弧４７ｂは曲率と長さが共通である。Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃ各端面図における第１側面４７はＬＡ＝ＬＢ＝ＬＣの長さであり、円弧の深さはＭＡ＝ＭＢ＝ＭＣである。よって第１側面４７は第１辺４５１から第２辺４６１の間で同じ曲率と長さの円弧が吸込面２５ａに対する角度だけが徐々に変化した面となる。

尚、羽根板４２は板体であり、第２側面４８は第１側面４７と平行な面となる。

整流板４は一枚の板体の羽根板４２で形成されるが、これに限らず図７に示すように複数の羽根板５２、５３、５４からなる整流板５でもよい。羽根板５２、５３、５４は上流側から下流側に順に上羽根板５２、中羽根板５３、下羽根板５４が平行に配置され、整流板４で示すところの互いの上面４５が上板５５で接続され、互いの下面４６が下板５６で接続される。

図７（ｃ）（ｄ）（ｅ）に示すように整流板４で示すところの装着面４３からファン側面４４までの上羽根板５２の高さＨ１、中羽根板５３の高さＨ２、下羽根板５４の高さＨ３は、Ｈ１＜Ｈ２＜Ｈ３の関係に設定されている。また、上羽根板５２と中羽根板５３の間隔Ｌ１と、中羽根板５３と下羽根板５４の間隔Ｌ２との関係は、Ｌ１＜Ｌ２に設定されている。各羽根板５２、５３、５４は、整流板４の羽根板４２と同じように上流側に向けて傾斜した捻られた形状である。ターボファン６から距離が離れるにつれて徐々に羽根板５２、５３、５４を大きくしていくことで、気流が届きにくい熱交換器２５の角部２５ｂにも気流が導かれやすくなる。またブレード６２の変化する入射角度に合わせて整流板５の複数の羽根板５２、５３、５４の角度もそれぞれの変化することで風切音を抑制することができる。

１：天井埋込型空気調和機、１０：本体ユニット、１３：天板、１４：内箱、１９：ドレンパン
２１：ファンモータ、２５：熱交換器、２５ａ：吸込面、２５１：フィン、２５２：伝熱管
３０：化粧パネル、３２：吸込グリル
４：整流板、４１：係合爪、４２：羽根板、４３：装着面、４４：ファン側面、４５：上面、４５１：第１辺、４６：下面、４６１：第２辺、４７：第１側面、４７ａ：第１円弧、４７ｂ：第２円弧、４８：第２側面
５：整流板、５２：上羽根板、５３：中羽根板、５４：下羽根板、５５：上板、５６：下板
６：ターボファン、６１：ハブ、６２：ブレード、６３：シュラウド
７１、７２、７３：入射角度

Claims (5)

1. 天井内に設置され外郭が天板と前記天板の外周から下方に延在する側板で形成された本体ユニットと、前記本体ユニットの底面に取り付けられ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ターボファンの周囲を四角枠状に囲む熱交換器と同熱交換器が前記ターボファンから吹き出された気流を受ける吸込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、
   前記ターボファンは、前記天板の中央に固定されたファンモータに軸支されるハブと、前記空気吸込口側に配置されたシュラウドと、前記ハブと前記シュラウドに挟まれた複数のブレードとからなり、前記ターボファンが回転する方向を下流側としその反対方向を上流側とした場合において、前記ブレードは、前記ブレードの下流側の前記ハブ側先端部が前記ターボファンの内側を向き、前記シュラウド側先端部が前記ターボファンの外周側を向き前記ハブ側先端部より外側に位置するように捻られた形状であり、
   前記整流板は一枚の羽根板で形成され、前記羽根板は前記熱交換器側を装着面とし、前記ターボファン側をファン側面とし、前記ハブに近い平面を上面とし、前記シュラウドに近い平面を下面とし、前記装着面から前記ファン側面に掛けて前記上流側の側面を第１側面とし、前記下流側の側面を第２側面とした場合に、
   前記上面は前記吸込面に対し前記第１側面側の第１辺が前記上流側に向けて傾斜し、前記下面は前記吸込面に対し前記第１側面側の第２辺が前記第１辺よりも前記上流側に向けて傾斜し、前記第１側面は前記第１辺から前記第２辺の間で徐々に傾斜角度が変化した捻られた面となり、前記整流板は、複数の前記羽根板が前記上流側から前記下流側に平行に配置されて互いの前記上面が上板で接続され、互いの前記下面が下板で接続され、前記羽根板は、前記装着面から前記ファン側面までの高さが、前記上流側の羽根板よりも前記下流側の羽根板が大きくなることを特徴とする天井埋込型空気調和機。
2. 前記第１辺は前記下流側に膨出した第１円弧を備え、前記第２辺は前記下流側に膨出した第２円弧を備え、前記第１側面は前記第１円弧から前記第２円弧の間で徐々に円弧の角度が変化した捻られた面とな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. 前記第１円弧と前記第２円弧は、曲率と長さが共通であ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。
4. 前記整流板は、前記第１辺の傾斜角度に対し前記第２辺の傾斜角度が２倍の角度であることを特徴とする請求項１ないし３に記載の天井埋込型空気調和機。
5. 前記羽根板は板体であり、前記第２側面は第１側面と平行であることを特徴とする請求項１ないし４に記載の天井埋込型空気調和機。
   

Images