JP7130888B1 - 空気調和装置の室内機 - Google Patents

Abstract

【課題】 施工自由度を向上させることができる空気調和装置の室内機を提供すること。【解決手段】 空気調和装置の室内機は、空気を吸い込む吸い込み口２６、２７を有する第１の筐体４０と、空気を吹き出す吹き出し口２８を有する第２の筐体４２とを含む。第２の筐体４２は、複数の向きで第１の筐体４０と連結できるよう構成される。【選択図】 図３

Description

本発明は、空気調和装置に用いられる室内機に関する。

データセンター等の熱が発生する機器が設置される施設では、機器が故障するのを防ぐために、空気調和装置等を設置して、発生した熱を処理する。発生した熱は、室内の天井側へ移動し、滞留することから、空気調和装置の室内機は、上面から吸い込み、下側から吹き出す構造となっている。

室内機として、空気を吸い込み、吹き出すために送風機が搭載される送風機ユニットと、熱交換器が搭載される熱交換器ユニットとを有する室内機が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような室内機では、送風機ユニットと熱交換器ユニットがネジで固定されるため、室内機の上下左右の姿勢を変えることで、空気の吹き出し方向を変えている。

特許第６２８９６６３号公報

従来の室内機は、送風機ユニットと熱交換器ユニットの姿勢を一緒に変えることにより空気の吹き出し方向を変えるため、施工自由度が低いという問題があった。

本発明は、上記課題に鑑み、空気を吸い込む吸い込み口を有する第１の筐体と、
空気を吹き出す吹き出し口を有する第２の筐体と
を含み、
第２の筐体は、複数の向きで第１の筐体と連結できるよう構成される、空気調和装置の室内機が提供される。

本発明によれば、施工自由度を向上させることができる。

本実施形態に係る空気調和装置の構成例を示した図。 室内機と室外機の構成例を示した図。 室内機を構成する熱交換器ユニットと送風機ユニットの構成例を示した図。 熱交換器ユニットと送風機ユニットを連結した様子を示した図。 熱交換器ユニットと送風機ユニットを連結した際の内部の様子を示した図。 熱交換器ユニットと送風機ユニットを連結する方法について説明する図。 送風機ユニットと熱交換器ユニットの連結を容易にする方法について説明する図。

図１は、本実施形態に係る空気調和装置の構成例を示した図である。空気調和装置１０は、データセンター等の熱が発生する機器が多数設置される施設の室内に設置される室内機１１と、当該施設の室外に設置される室外機１２とを含んで構成される。

室内機１１と室外機１２とは、２本の配管１３、１４により接続され、２本の配管１３、１４を介して室内機１１と室外機１２との間を冷媒が循環する１つの系を形成する。冷媒としては、例えばＲ４１０ａやＲ３２等のハイドロフルオロカーボンを用いることができる。また、室内機１１と室外機１２とは、互いに通信を行うために通信ケーブル等に接続される。室内機１１と室外機１２とは、通信ケーブル等により接続されることに限定されるものではなく、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）等を使用して無線通信を行うように構成されていてもよい。

施設の管理者は、室内に配置されたコントローラーを使用して室内機１１を操作する。管理者は、コントローラーを操作し、室内機１１の起動や停止、設定温度の変更等の指令を室内機１１へ送信する。室内機１１は、起動指令を受けて起動し、受け付けた設定温度の変更や指令に基づき、室内機１１の運転を制御し、室外機１２の運転を開始させて制御する。室内機１１は、停止指令を受けて停止し、室外機１２の運転を停止させる。なお、データセンター等に設置される空気調和装置は、一度起動されると、メンテナンスや故障等が発生しない限り、連続運転による使用が一般的である。

室内は、室内に設置された各種のコンピュータ（メインフレームやサーバ）等の機器１５から熱が発生し、室内温度が上昇する。室内機１１は、室内の空気を取り込み、取り込んだ空気と系内を循環する冷媒との間で熱交換し、冷却された空気を吹き出し、室内を設定温度になるように室内を冷却する。

室内機１１は、液体の冷媒を蒸発させ、室内の空気を冷却する熱交換器の１つである蒸発器と、室内の空気を取り込み、冷却された空気を吹き出す送風機（室内ファン）とを備える。一方、室外機１２は、蒸発器で気化した冷媒を凝縮し、再び室内機１１へ液体の冷媒を供給する熱交換器の１つである凝縮器と、室外の空気を取り込み、空気と熱交換して冷媒を冷却した後の空気を吹き出す送風機（室外ファン）とを備える。

空気調和装置１０は、冷媒を循環させるための圧縮機を備える。一般に、圧縮機は、室外機に設けられるが、性能低下防止のため室内機内に圧縮機を備える。

そこで、空気調和装置１０は、室内機１１に圧縮機、膨張弁、制御基板等を備える構成とすることができる。

図２は、室内機と室外機の構成例を示した図である。図２に示す例では、室内機１１が１台に対し、室外機１２も１台とされているが、これに限られるものではなく、室内機１１が１台に対し、室外機１２が複数台であってもよい。

室内機１１は、蒸発器２０と、圧縮機２１と、室内膨張弁２２と、アキュームレータ２３と、室内ファン２４と、制御基板２５と、端子台２９ａ、２９ｂを含む。蒸発器２０、圧縮機２１、室内膨張弁２２、アキュームレータ２３、制御基板２５、端子台２９ａが１つの筐体（第１の筐体）内に収納される。室内ファン２４、端子台２９ｂは、蒸発器２０等とは別の筐体（第２の筐体）内に収納される。端子台は、電路を形成する上で中継を行うための電気部品である。

室外機１２は、凝縮器３０と、室外ファン３１と、端子台３２とを備える。室外機１２も同様に、凝縮器３０が１つの筐体内に収納される。室外ファン３１および端子台３２は、凝縮器３０と同じ筐体内に収納されていてもよいし、別の筐体内に収納されていてもよい。

圧縮機２１は、制御基板２５により運転が制御され、低圧のガス状態の冷媒を吸込み、所定の圧力（高圧）に昇圧する。高圧の冷媒は、室外機１２の凝縮器３０へ供給される。凝縮器３０は、高圧の冷媒を外気と熱交換して冷却し、凝縮させる。室外ファン３１は、外気を室外機１２内へ取り込み、熱交換後の空気を室外機１２の外部へ排出する。凝縮器３０から出る冷媒は、高圧の液状態であり、室内機１１へ戻される。

高圧の液状態の冷媒は、室内機１１に戻されると、室内膨張弁２２により減圧した後、気液が混合した二相状態で蒸発器２０へ供給される。室内ファン２４は、室内の空気を室内機１１内に取り込み、熱交換後の空気を排出する。蒸発器２０は、二相状態の冷媒を室内ファン２４により取り込まれた空気と熱交換して、蒸発させる。蒸発器２０によりガス状態となった冷媒は、冷媒を貯留可能なアキュームレータ２３を介して圧縮機２１の吸込み側へ戻される。アキュームレータ２３は、バッファとして機能し、また、冷媒中の液成分を分離する。

制御基板２５は、制御装置として、圧縮機のモータの回転数、室内膨張弁２２の開度、室内ファン２４のモータの回転数、室外ファン３１のモータの回転数等を制御する。制御基板２５は、これらの制御を行うために、室内温度や冷媒温度、圧縮機２１の吸込圧や吐出圧等を検出する各種センサを備えることができる。制御基板２５と室内ファン２４とは、端子台２９ａ、２９ｂを介して接続される。一方、制御基板２５と圧縮機２１とは、端子台２９ａ、２９ｂを介さずに接続される。制御基板２５は、室外ファン３１と端子台２９ａ、３２を介して接続される。

蒸発器２０は、複数本の伝熱管を備え、伝熱管内を冷媒が流れ、伝熱管の外面に空気が接触しながら伝熱管と伝熱管の間を通過することで熱交換を行うことができる。

図３は、室内機１１を構成する熱交換器ユニットと送風機（ファン）ユニットの構成例を示した図である。室内機１１は、蒸発器２０、圧縮機２１、室内膨張弁２２、アキュームレータ２３、制御基板２５を第１の筐体４０内に備える熱交換器ユニット４１と、熱交換器ユニット４１と連結可能に構成され、室内ファン２４を第２の筐体４２内に備えるファンユニット４３とを含んで構成される。

熱交換器ユニット４１とファンユニット４３は、図４（ａ）に示すようなフリーアクセスフロア５０を有する室内に設置する場合、フリーアクセスフロア５０上にファンユニット４３を設置し、その上に熱交換器ユニット４１を連結することができる。この場合、機器１５と同じ床上に熱交換器ユニット４１が配置された形となる。フリーアクセスフロア５０は、通常の床の下側に電源、ケーブル、空調設備等を収納するために施設された床である。フリーアクセスフロア５０が設けられる場合、床は、複数の穴を有する板５１を用いて構築される。これにより、板５１の複数の穴からファンユニット４３から吹き出した冷気を機器１５が設置される空間内へ供給することができる。

従来の室内機では、ファンユニットの下面から吹き出す構造となっているため、フリーアクセスフロア５０を用いる施設でなければ設置することができない。しかしながら、本ファンユニット４３では、ファンユニット４３の下面ではなく、機器１５に向いた正面側に吹き出し口を有するため、フリーアクセスフロア５０がない施設でも設置することができる。

熱交換器ユニット４１は、室内の空気を上面に設けられた吸い込み口２６と、機器１５に向いた正面側に設けられた吸い込み口２７とから吸い込み、蒸発器２０を介して下側のファンユニット４３へ供給する。なお、吸い込み口は、ファンユニット４３と連結する第１の筐体４０の底面以外の面であれば、いかなる面に設けられていてもよい。また、吸い込み口は、２以上の面に設けられていなくてもよく、第１の筐体４０の底面以外の１つの面にのみ設けられたものであってもよい。

ファンユニット４３内の室内ファン２４は、蒸発器２０で熱交換した後の空気を吸い込み、ファンユニット４３の機器１５に向いた正面側に設けられた吹き出し口２８から吹き出す。吹き出し口２８から吹き出された低温の空気は、その正面に設置される機器１５を冷却する。室内ファン２４から吹き出された空気は、機器１５が発する熱が与えられて温められ、再び熱交換器ユニット４１の吸い込み口２６、２７から吸い込まれる。吹き出し口は、熱交換器ユニット４１と連結する第２の筐体４２の上面以外および底面以外の面であれば、いかなる面に設けられていてもよい。

熱交換器ユニット４１とファンユニット４３とは、分割可能であるため、輸送・搬入が一体として構成された室内機に比べて容易になる。

熱交換器ユニット４１とファンユニット４３は、図４（ｂ）に示すように、熱交換器ユニット４１の正面側の吸い込み口２７とは反対方向に吹き出し口２８を向けて（１８０°回転させて）連結させることができる。例えば、室内機を壁の一部として用い、制御室と機器１５が設置される機器室とに分割することができる。この場合、熱交換器ユニット４１の正面側に設けられる開閉可能な扉を制御室側から開けてメンテナンス等を実施することができる。一方、熱交換器ユニット４１の上面の吸い込み口から制御室内の空気を吸い込み、機器室内へ冷却した空気を吹き出し、機器１５が発する熱を処理することができる。この場合、正面の吸い込み口２７からは空気を吸い込まないように塞ぐこともできる。

図５は、熱交換器ユニット４１とファンユニット４３を連結した際の内部の様子を示した図である。ファンユニット４３は、第２の筐体４２に設けられた吹き出し口２８に吐出口を向けて室内ファン２４が設置される。

熱交換器ユニット４１は、第１の筐体４０の正面側、すなわちファンユニット４３の第２の筐体４２に設けられた吹き出し口２８と同じ側に、吸い込み口２７が設けられ、また、第１の筐体４０の上面に吸い込み口２６が設けられる。従来では、上面の吸い込み口２６のみから室内の空気を吸い込んでいたが、本熱交換器ユニット４１では、上面の吸い込み口２６だけではなく、正面側の吸い込み口２７からも室内の空気を吸い込むことで、吸い込み側の圧力損失を低減させることができる。

熱交換器ユニット４１内に搭載される熱交換器としての蒸発器２０は、上面に向けてくの字に突出した断面形状とされ、手前から奥側に向けて延びる複数の伝熱管を有する。蒸発器２０は、第１の筐体４０内を、吸い込み口２６、２７側の空間と、第１の筐体４０の下面に設けられ、室内ファン２４の吸い込み口に連続する穴４４がある側の空間とに分ける。第１の筐体４０内の吸い込み口２６，２７側の空間に、蒸発器２０の周囲を覆うようにフィルタが設けられる。

室内の空気は、吸い込み口２６、２７から第１の筐体４０内に吸い込まれる。吸い込み口２６、２７から吸い込まれた空気は、フィルタにより埃や塵等が除去され、蒸発器２０の伝熱管と伝熱管の間を、伝熱管の外表面に接触しながら流れ、冷却される。冷却された空気は、穴４４を通って室内ファン２４へ吸い込まれ、吹き出し口２８から吹き出される。

従来の吸い込み口２６のみの熱交換器ユニット４１の構成では、第１の筐体４０内を上側から下側へ向けて流れ、その流速は、断面の中央付近が速く、断面の縁部では遅く、熱交換にムラができる。しかしながら、第１の筐体４０内を正面側からも吸い込むことで、風速分布を改善し、性能を向上させることができる。

第１の筐体４０は、中空の直方体で６つの面を有し、上面に吸い込み口２６、正面側に吸い込み口２７、下面に穴４４を有する。

第１の筐体４０は、２つの側面側、背面側に吸い込み口を設けていてもよい。

吸い込み口２６、２７は、１つの開口であってもよいし、スリット状の複数の開口から構成されるものであってもよい。スリット状とすることで、設置工事の際、工具が落下する等しても、熱交換器ユニット４１内のフィルタの破損、蒸発器２０の損傷等を防ぐことができる。

図６は、熱交換器ユニット４１とファンユニット４３を連結する方法について説明する図である。ファンユニット４３に設けられる吹き出し口２８は、網状の扉によって閉じられ、ファンユニット４３への異物の進入を防止することができる。網状の扉は、取り外し可能とされる。

ファンユニット４３の吹き出し口２８の向きを確認し、吹き出し方向に吹き出し口２８を向け、ファンユニット４３を設置する。熱交換器ユニット４１の底には、一周にわたってフランジ４５を有し、複数のナット４６が溶接されている。ファンユニット４３の頂部には、一周にわたってフランジ４７を有し、フランジ４７には複数の穴が設けられている。このため、熱交換器ユニット４１の正面側の向きを確認し、ファンユニット４３のフランジ４７上にファンユニット４３のフランジ４７が隣接するようにして、熱交換器ユニット４１を載せる。ここでは、熱交換器ユニット４１のフランジ４５に設けられた各穴にナット４６の穴が連続するようにナット４６が溶接されているが、これに限られるものではなく、ファンユニット４３のフランジ４７に設けられた各穴にナット４６の穴が連続するようにナット４６が溶接されていてもよい。

その後、ファンユニット４３の扉を取り外し、ファンユニット４３の中からボルト４８をフランジ４５に溶接されたナット４６に螺合することにより、熱交換器ユニット４１とファンユニット４３を連結する。

なお、ファンユニット４３上に熱交換器ユニット４１を単に載せるだけでは、各ナット４６の位置と穴の位置を合わせるのが難しく、穴の位置がずれると、ボルト４８が嵌めにくくなる。

そこで、図７（ａ）に示すように、ファンユニット４３のフランジ４７上に位置決め用のピン６０を少なくとも２つ設け、熱交換器ユニット４１のフランジ４５に位置決め用のピン６０が挿入される穴または凹みをピン６０と同数設ける。ピン６０は、ファンユニット４３のフランジ４７を上側から見た場合に、図７（ｂ）対角線上の２箇所に設け、穴を熱交換器ユニット４１のフランジ４５を下側から見た場合のピン６０に対応する対角線上の２箇所に設けることができる。これにより、熱交換器ユニット４１のフランジ４５の各穴がファンユニット４３のフランジ４７の各穴と重なり、熱交換器ユニット４１のナット４６へファンユニット４３の中からボルト４８が嵌めやすくなる。なお、ピンは取り外し可能なものとしてもよい。

埃や塵等の微粒子の捕集効率は、第１の筐体４０内に設置されるフィルタのみでも十分に高い捕集効率を実現することができるが、クリーンルームのようなさらに高い捕集効率が要求される施設では、熱交換器ユニット４１の上面にダクトを設け、ダクト内にフィルタを設置することができる。ただし、熱交換器ユニット４１の正面側にダクトを設けることはできない。したがって、高い捕集効率が要求される施設では、正面側の吸い込み口２７からの空気の吸い込みを停止するべく、遮蔽板等により吸い込み口２７を閉鎖することができる。

吸い込み口２７は、正面側に１箇所だけではなく、２箇所以上設けてもよい。正面側はメンテナンス等のために、左右に開く扉とされているため、左右の扉の上面に近い位置に１つずつ吸い込み口２７を設けることができる。

これまで本発明の室内機および空気調和装置について上述した実施形態をもって詳細に説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態や、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

１０…空気調和装置
１１…室内機
１２…室外機
１３、１４…配管
１５…機器
２０…蒸発器
２１…圧縮機
２２…室内膨張弁
２３…アキュームレータ
２４…室内ファン
２５…制御基板
２６、２７…吸い込み口
２８…吹き出し口
２９ａ、２９ｂ…端子台
３０…凝縮器
３１…室外ファン
３２…端子台
４０…第１の筐体
４１…熱交換器ユニット
４２…第２の筐体
４３…ファンユニット
４４…穴
４５…フランジ
４６…ナット
４７…フランジ
４８…ボルト
５０…フリーアクセスフロア
５１…板
６０…ピン

Claims (9)

1. 熱交換器を備え、空気を吸い込むための２つの吸い込み口を有する第１の筐体と、
   空気を吹き出すための吹き出し口を有する第２の筐体と
   を含み、
   前記第１の筐体は、前記第２の筐体上に連結され、前記２つの吸い込み口は、前記第１の筐体の底面以外の、前記熱交換器の上側にある面と、該熱交換器の複数の伝熱管が延びる方向に対して垂直方向にある１つの側面とに設けられ、
   前記第２の筐体は、複数の向きで前記第１の筐体と連結できるよう構成される、空気調和装置の室内機。
2. 前記第２の筐体は、第１の向きと、前記第１の向きに対して横方向に１８０°回転させた第２の向きとで前記第１の筐体と連結できるよう構成される、請求項１に記載の空気調和装置の室内機。
3. 前記第１の筐体は、底部に第１の穴を有し、
   前記第２の筐体は、頂部に第２の穴を有し、
   前記第１の向き、及び、前記第２の向きの両方の向きにおいて、前記第２の筐体の複数の穴は前記第１の筐体の複数の穴に重なる、請求項２に記載の空気調和装置の室内機。
4. 前記第１の筐体は、底部に第１のフランジを備え、
   前記第１の穴は、前記第１のフランジに設けられている、請求項３に記載の空気調和装置の室内機。
5. 前記第２の筐体は、頂部に第２のフランジを備え、
   前記第２の穴は、前記第２のフランジに設けられている、請求項３に記載の空気調和装置の室内機。
6. 前記第１の穴又は前記第２の穴にナットが溶接されている、請求項３～５のいずれか１項に記載の空気調和装置の室内機。
7. 前記第１の筐体及び前記第２の筐体は、いずれか一方に位置決め用のピンを備え、他方に前記ピンが挿入される穴又は凹みを有する、請求項１に記載の空気調和装置の室内機。
8. 前記第１の筐体は、制御基板と、第１の端子台とを備え、
   前記第２の筐体は、送風機と、第２の端子台とを備え、
   前記制御基板と前記送風機とは、前記第１の端子台及び前記第２の端子台を介して接続される、請求項１に記載の空気調和装置の室内機。
9. 前記第１の筐体は、圧縮機を備え、
   前記制御基板と前記圧縮機とは、前記第１の端子台及び前記第２の端子台を介さずに接続される、請求項８に記載の空気調和装置の室内機。
   

Images