JP2007333356A - 天井埋込型室内機ユニットの吹出構造 - Google Patents

Abstract

【課題】より一層快適な空調運転が可能となる天井埋込型室内機ユニットの吹出構造を提供すること。
【解決手段】室内熱交換器６を通過して熱交換した空調空気の流れ方向が吹出流路２０へ向けて略直角に転向し、空調空気が吹出流路２０を通ってルーバ８を備えた吹出口３に導かれる天井埋込型室内機ユニット１０の吹出構造において、吹出流路２０の外側壁面２１に設けた突起部２２により、流路断面積を狭める縮小部と、縮小部の下流で流路断面積を広げる拡大部とを形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、部屋の天井等に埋め込むように設置される天井埋込型室内機ユニットの吹出構造に関する。

従来より、空調対象となる部屋等の空間天井に埋め込むようにして設置される天井埋込型室内機ユニット（以下、「室内機ユニット」と呼ぶ）が知られている。この室内機ユニットは、室外機ユニットから冷媒の供給を受ける室内熱交換器と、室内空気を導入して室内熱交換器を通し、冷媒と室内空気との熱交換により冷却または加熱した空調空気を室内に向けて吹き出すように空気の流れを形成する室内ファンとを備えている。
この場合、室内ファンの運転により形成される空気の流れは、室内機ユニットの中央部に設けた吸込口から室内空気がユニット内に吸い込まれた後、室内熱交換器を通過して冷媒と熱交換することにより空調空気となり、この空調空気が吸込口の周囲に開口する吹出口から室内へ向けて吹き出すこととなる。

上述した天井埋込型室内機ユニットにおいては、本体の下面に取り付けられて天井面開口部を覆う化粧パネルに対し、防露ヒータを不要として吹出口周辺部の結露及び露付を防止する技術が開示されている。この従来技術は、化粧パネルの吹出口を形成する吹出通路壁面が曲面部及び平面部により形成され、吹出通路壁面を形成する平面部の端部から天井面と垂直をなすパネル表面の垂直部に断熱部材を設けたり、あるいは、平面部の端部から天井面の上方に向かってある曲率をなす曲面部を設けるものである。（たとえば、特許文献１参照）
特開２００３−２２７６４８号公報

ところで、上述した従来構造の室内機ユニットにおいては、その構造上、室内熱交換器を水平方向に流れて通過した空調空気が流れ方向を略直角に転向して吹出口に流れ込み、吹出口に設けたルーバに導かれて室内の所望の方向へ吹き出す流路構造となる。
このため、流路内の流速分布は、流路外壁で最大流速となる不均一分布になっており、従って、下記のような問題点が懸念されている。
（１）ルーバの背面に沿う空調空気の流れがなくなり、高温多湿となる空調空間の冷房運転ではルーバに結露水が付着しやすい。
（２）空調空気の流れに縮流が生じて流路実面積を減少させ、騒音の要因となる圧力損失が増加する。
（３）局所的に流速を増した空調空気の流れを転向させるため、ルーバの風向制御性が低下する。

このような背景から、上記の問題点を緩和または防止し、より一層快適な空調運転を可能にした天井埋込型室内機ユニットの吹出構造が望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、より一層快適な空調運転が可能となる天井埋込型室内機ユニットの吹出構造を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る天井埋込型室内機ユニットの吹出構造は、室内熱交換器を通過して熱交換した空調空気の流れ方向が吹出流路へ向けて略直角に転向し、前記空調空気が前記吹出流路を通ってルーバを備えた吹出口に導かれる天井埋込型室内機ユニットの吹出構造において、前記吹出流路の外側壁面に、流路断面積を狭める縮小部と、該縮小部の下流で流路断面積を広げる拡大部とを設けたことを特徴とするものである。

このような本発明の吹出構造によれば、前記吹出流路の外側壁面に、流路断面積を狭める縮小部と、該縮小部の下流で流路断面積を広げる拡大部とを設けたので、転向後に吹出流路の外壁で最大となる不均一な流速分布は、空調空気の流れが縮小部及び拡大部を通過して緩和され、略均一化した流速分布となる。
この場合の縮小部及び拡大部は緩やかな傾斜角度が好ましく、好適には縮小部の傾斜角度を２０°程度とし、拡大部の傾斜角度を１０°程度とすればよい。

上記の発明において、前記流路断面積を狭める前記縮小部は、前記外側外壁面が下方に向けて内側へ傾斜して形成され、前記流路断面積を広げる拡大部は、前記外側外壁面が前記縮小部端部から下方に向けて外側に傾斜して形成されていることが好ましい。
上記の発明において、前記ルーバの断面形状は、上部円弧と、該上部円弧より径の大きい下部円弧とが連続していることが好ましく、これにより、ルーバのコード長（ルーバ上端から下端までの長さ）を小さくしても、ルーバを下向きの吹出方向に設定したときにルーバの入口角度が空調空気の流れ方向と略垂直になるスムーズな流れを形成することができる

上述した本発明によれば、吹出流路の外側壁面に対して、流路断面積を狭める縮小部及び縮小部の下流で流路断面積を広げる拡大部を設けたことにより、転向によって吹出流路の外壁で最大となる不均一な流速分布は、縮小部及び拡大部の通過により緩和されて略均一化する。
この結果、縮小部に導かれた空気の流れがルーバ背面側も通って流れるようになり、高温多湿となる空調空間の冷房運転時においても、ルーバ背面側に生じる露付きの防止が可能となる。
また、縮小部及び拡大部の作用により空調空気の縮流を抑え、吹出流路の流路断面積を有効利用することができるので、空調空気の流れにより生じる騒音の原因となる圧力損失が減少して静かな空調運転を可能にする。
また、空調空気の流速分布が均一化することにより、局所的に流速を増す領域が低減あるいはなくなるので、ルーバの風向制御性は大幅に向上する。

さらに、ルーバの断面形状について、下部円弧が上部円弧より大きな径を有するようにしたので、ルーバのコード長が短くても、ルーバを下向きの吹出方向に設定した場合、空調空気の流れに対するルーバの入口角度が略垂直になり、圧力損失及び騒音の少ないスムーズな流れを形成することができる。
従って、上述した本発明は、より一層快適性を増した空調運転を可能とし、天井埋込型室内機ユニットの商品性向上に大きな効果を奏する。

以下、本発明の一実施形態に係る天井埋込型空気調和機の吹出構造を図面を参照して説明する。
図１は、天井埋込型室内機ユニット（以下、「室内機ユニット」と呼ぶ）１０の内部構成を示す断面図である。この室内機ユニット１０は、下面側が開口ずる略直方体形状のケース本体１を天井Ｃｅの内側に埋め込んで設置されている。
ケース本体１の中央部には、室内空気を吸い込む吸込口２が設けられている。この吸込口２の周辺には、コーナー部で分割された吹出口３が矩形状の各辺に沿って複数設けられている。吸込口２の上部には、ケース本体１に固定支持された電動モータ４ａを駆動源として回転する室内ファン４が配設されている。

室内ファン４の周囲には、ドレンパン５の上方に位置し、矩形状の各辺に沿って複数に分割された室内熱交換器６が設置されている。なお、図中の符号７は吸込口２に取り付けられたエアフィルタであり、室内から取り込んで空調する室内空気中の塵埃を除去するものである。
また、室内熱交換器６を水平方向に通過して空調された空調空気の流れは、下向きに開口する吹出口３に連通する吹出流路２０に流れ込む。この吹出流路２０は、水平方向に流れる空調空気の流れを略９０度転向させて吹出口３へ導く略鉛直方向の空気流路（風路）である。また、吹出流路２０の下端部には、空調空気の吹出方向を変更自在とする風向き制御用のルーバ８を備えた吹出口３が設けられている。本ルーバ８は、長手方向にわたって同一の断面形状を有する２次元的な形状を有しているが、三次元的な断面形状としてもよい。なお、図中の符号９は、室内機ユニット１０の天井露出部を覆うパネルである。

上述した吹出流路２０は、ドレンパン５及びパネル９を連結して形成されている。吹出流路２０を形成する外側壁面２１の適所には、空調空気の流速を均一化する目的で設けた突起部２２を備えている。この突起部２２は、ドレンパン５の流路形成壁面から突出して設けられ、たとえば図２に示すように、流路断面積を狭める縮小部２３と、縮小部２３の下流で流路断面積を広げる拡大部２４とを形成している。

縮小部２３は、室内熱交換器６を通過してから流れ方向を略９０度転向して吹出流路２０に流れ込んだ空調空気の流れを絞る領域であり、下流側ほど内側（中心方向）への膨出量を増すようにした突起部２２の傾斜面２２ａにより形成されている。
拡大部２４は、縮小部２３の下流側に形成されて流路断面積を広げる領域であり、たとえば下流側ほど内側への膨出量が減少するようにした突起部２２の傾斜面２２ｂにより形成されている。
なお、拡大部２４の形成には傾斜面２２ｂが必須ではなく、たとえば図２（ｂ）に想像線で示すように、傾斜面２２ａの頂点２２ｃに流路断面積を拡大する方向の段差２２ｄを形成し、拡大部２４の外側壁面２１と略同一の垂直面とする変形例も可能である。

上述した室内機ユニット１０によれば、吸込口２から吸い込まれた室内空気は、モータ４ａを駆動源として回転する室内ファン４の作用により室内熱交換器６を通過して流れ、この室内熱交換器６において冷媒との熱交換が行われる。熱交換後の空調空気は、略水平方向の流れが略９０度の方向転換をして吹出流路２０に流れ込み、突起部２２の周辺を通過する際に流速の速度分布が均一化される。すなわち、略９０度の方向転換により吹出流路２０の外側壁面２１で最大となる不均一な流速分布は、空調空気の流れが縮小部２３及び拡大部２４を通過する際の流路断面積変化により緩和され、略均一化した流速分布となる。

ここで、吹出流路２０に突起部２２を設けた場合の流速分布均一化について、下記の条件で実施した試験結果（流速分布の等値線図）を図３及び図４に示して説明する。この試験結果において、Ｔ１で示す領域が最も流速小であり、Ｔ１からＴ１４の領域へ向けて流速が大となる。なお、図３は傾斜面２２ｂがない本願発明の変形例を採用した試験結果であり、この本願発明との比較例として、突起部２２のない従来構造の試験結果を図４に示す。
最初に、図３及び図４の等値線図を得た室内機ユニット１０の吹出構造について、吹出流路２０及び突起部２２周辺の試験形状を図２に基づいて説明する。

吹出流路２０の断面形状は、ドレンパン５とパネル９との境界で矩形状となる断面形状において、図２（ａ）に示すように、室内熱交換器６に平行となる方向の長さ（流路幅）をＡ、奥行きをＢとすれば、ＡがＢの１１倍（Ａ：Ｂ＝１１：１）に設定されている。
また、吹出流路２０の奥行きＣ（Ｃ＝Ｂ）に対して、流路断面積の縮小及び拡大を行う流路長さＨの比率は、Ｃ：Ｈ＝１１：１３に設定されている。そして、上記の奥行きＣに対して、流路断面積が縮小から拡大に切り替わる位置（頂点２２ｃ）を起点として拡大を終えるまでの流路長さＥは、Ｃ：Ｅ＝１１：８の比率に設定されており、従って、流路断面積が縮小する流路長さＧは、Ｃ：Ｇ＝１１：５の比率となる。

突起部２２により形成される縮小部２３の傾斜は、外側壁面２１から頂点２２ｃまでの突出高さをＦとし、流路断面積を縮小させる流路長さをＧとすれば、その比率がＦ：Ｇ＝２：５となるように設定されている。従って、この場合の傾斜角度θ１は、概ね２２度となる。
一方、突起部２２により形成される拡大部２４の傾斜は、外側壁面２１から頂点２２ｃまでの突出高さをＤとし、流路断面積を拡大させる流路長さをＥとすれば、その比率がＤ：Ｅ＝１：８となるように設定されている。従って、この場合の傾斜角度θ２は、概ね７度となる。なお、図３の試験結果は、上述した傾斜面２２ｂがない変形例の場合であり、図中に想像線で示すように、頂点２２ｃの下流側には流路断面積を拡大する段差２２ｄが形成されている。

また、ルーバ８を支持する回転軸８ｄの中心位置は、吹出流路２０の奥行きＣ方向が外側壁面２１の下流側延長線上にある。そして、流路長さ方向については、拡大が終了した位置、すなわちドレンパン５とパネル９との境界線を起点とする下流方向への流路長さをＩとすれば、奥行きＣとの比率は、Ｃ：Ｉ＝９：５となるように設定されている。
上述した寸法比率の吹出流路２０に空調空気を流し、図３に示す流速分布の等値線図を得た。なお、図４に示す流速分布の等値線図は、吹出流路２０の奥行きをＣとし、外側壁面２１に突起部２２がない平面的な形状について、同じ風量（３３ｍ^３
／ｍｉｎ．）かつ熱交換器出口流速分布パターンとなる空調空気を等温（送風運転モード）で流して得たものである。

図３及び図４の試験結果を見ると、突起部２２を設けた吹出流路２０の流速分布が均一化していることが分かる。すなわち、室内熱交換器を通過後に略９０度の急激な方向転換をした空調空気の流れは、図４に示すように、外側壁面２１に沿って流れる空調空気の流速が最大となる不均一な流速分布から、図３に示すように、突起部２２の作用により均一化された流速分布となる。これは、空調空気の流れが急激に方向転換した後、縮小部２３を通過する際に外側壁面２１から離れる方向の緩やかな絞りを受け、さらに、拡大部２４を通過する際に、流路断面積が縮小部２３の絞りよりも緩やかに拡大するという突起部２２の形状に起因するものである。
従って、縮小部２３及び拡大部２４は緩やかな傾斜角度が好ましく、好適には縮小部２３の傾斜角度θ１を２０°程度とし、拡大部２４の傾斜角度θ２を１０°程度とすればよい。すなわち、傾斜角度θ１は１０°〜３０°の範囲が好ましく、傾斜角度θ１を１０°未満にすれば流速分布の均一化に効果がなく、傾斜角度θ１が３０°を超えると壁面からの流れの剥離が激しくなって圧損の増加に繋がるため好ましくない。また、傾斜角度θ２は５°〜２０°の範囲が好ましく、傾斜角度θ２が５°未満では流速分布の均一化に効果がなく、傾斜角度θ２が２０°を超えると壁面に流れが再付着しないので、パネル形状に沿った流れを形成できないため好ましくない。

上述した突起部２２を備えた吹出流路２０は、図３の試験結果からも明らかなように、最初に縮小部２３を通過して絞られた空調空気の流れは、傾斜面２２ａに沿ってルーバ８の背面８ａへ導かれる。このため、ルーバ８の背面８ａに沿った空調空気の流れが形成されるので、たとえば高温多湿状態の冷房運転時において、ルーバ８に結露水が付着することを防止できる。すなわち、低温の空調空気がルーバ８の外側壁面２１側だけを流れて背面８ａ側に空気流がないと、空調空気に冷却されて温度低下したルーバ８の背面８ａに高温多湿の室内空気が接触し、冷却された空気中の湿分が結露水として付着する。しかし、背面８ａ側についても同様の空調空気が流れていると、背面８ａに室内空気が接触することはないので、ルーバ８に対する結露水の付着を防止できる。

また、流速分布が不均一な吹出流路２０は、縮流により有効利用される流路断面積を狭めて圧力損失を増大させる原因となる。しかし、突起部２２を設けて流速分布が均一化されたことにより、縮流が抑えられて有効流路断面積を増すので、圧力損失の低減が可能となる。従って、圧力損失に起因する運転騒音を抑制し、静かで快適な空調運転が可能になる。
また、流速分布の均一化は、たとえば従来構造の外側壁面２１付近のように、局所的に流速を増した領域が低減またはなくなることを意味する。従って、局所的に流速の増した流れを転向させることが緩和されるので、ルーバ８の風向制御性は大幅に向上する。

ところで、吹出口３から室内空間に吹き出す空調空気の吹出方向は、回動するルーバ８によって制御される。通常の制御において、暖房運転時には、ルーバ８の下端でルーバを形成する円弧の接線が天井面Ｃｅに対してほぼ４０〜４５°を成すように回転し、足元が暖まるように床面に向けて温風を吹き出すように設定される。また、冷房運転時には、ルーバ８の下端でルーバを形成する円弧の接線が天井面Ｃｅに対してほぼ平行となるように回転し、天井面Ｃｅと略平行となる方向に冷風を吹き出すように設定される。このため、冷房運転時は、空調空気の到達性をよくして室内空間を満遍なく空調し、かつ、冷風が人に直接当たることをさけ、快適性及び空調効率の向上を図っている。

上述したルーバ８の断面形状は、たとえば図５（ａ）に示すように、半径Ｒ１とした円の一部となる上部円弧８ｂと、上部円弧８ｂより径の大きい半径Ｒ２（Ｒ１＜Ｒ２）とした円の一部となる下部円弧８ｃとが連続している２段階円弧形状を採用することが好ましい。
このような断面形状のルーバ８を採用することにより、図５（ｂ）に示すように、暖房運転時等にルーバ８をルーバ上端の円弧の接線Ｌ１が天井面に対して略垂直の吹出方向に設定すると、空調空気の吹出方向に対してルーバ８の出口角度（ルーバ下端の円弧の接線Ｌ２と天井に対して水平な線Ｌｈとの角度）が天井面に対してほぼ４０〜４５°になる。従って、ルーバコード長が短くても、ルーバ８に垂直に入ってきた空調空気を４５°の吹出し方向に滑らかに転向でき、ルーバ８が空調空気の流れの障害になることを防止し、圧力損失を低減したスムーズな流れを形成することができる。

上述した本発明によれば、吹出流路の外側壁面に突起部を設けたことにより、（１）多湿の冷房運転時にルーバ背面側に生じやすい露付きの防止、（２）騒音の原因となる圧力損失の低減、（３）ルーバの風向制御性向上、が達成される。さらに、ルーバの断面形状を改善したことにより、ルーバを下向きの吹出方向に設定した場合、空調空気の流れに対するルーバの入口角度が略垂直になり、圧力損失及び騒音の少ないスムーズな流れを形成することができる。従って、本発明の天井埋込型室内機ユニットの吹出構造は、より一層快適な空調運転を可能にして、天井埋込型室内機ユニットの商品性を大きく向上させるものとなる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

本発明に係る天井埋込型室内機ユニットの吹出構造の一実施形態を示す断面図である。 図１の要部拡大図であり、（ａ）は流路幅を示す図、（ｂ）は吹出流路及び突起部の周辺を示す図である。 本発明の吹出構造（変形例）に空調空気を流した試験結果を示す流速分布の等値線図である。 従来の吹出構造に空調空気を流した試験結果を示す流速分布の等値線図である。 （ａ）は本発明に係る天井埋込型室内機ユニットのルーバ断面形状を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のルーバが暖房運転時等の下向き設定の状態を示す断面図である。

符号の説明

１ ケース本体
２ 吸込口
３ 吹出口
４ 室内ファン
５ ドレンパン
６ 室内熱交換器
８ ルーバ
１０ 天井埋込型室内機ユニット
２０ 吹出流路
２１ 外側壁面
２２ 突起部
２３ 縮小部
２４ 拡大部

Claims (3)

1. 室内熱交換器を通過して熱交換した空調空気の流れ方向が吹出流路へ向けて略直角に転向し、前記空調空気が前記吹出流路を通ってルーバを備えた吹出口に導かれる天井埋込型室内機ユニットの吹出構造において、
   前記吹出流路の外側壁面に、流路断面積を狭める縮小部と、該縮小部の下流で流路断面積を広げる拡大部とを設けたことを特徴とする天井埋込型室内機ユニットの吹出構造。
2. 前記流路断面積を狭める前記縮小部は、前記外側外壁面が下方に向けて内側へ傾斜して形成され、前記流路断面積を広げる拡大部は、前記外側外壁面が前記縮小部端部から下方に向けて外側に傾斜して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の天井埋込型室内機ユニットの吹出構造。
3. 前記ルーバの断面形状は、上部円弧と、該上部円弧より径の大きい下部円弧とが連続していることを特徴とする請求項１または２に記載の天井埋込型室内機ユニットの吹出構造。

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