JP5492624B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも、吹出し口から室内へ熱交換空気を吹出す送風機を不要化した空気調和機に関する。

近年、空気調和機における空調効果の向上化は著しいものがあるが、その反面、吹出し口から吹出される熱交換空気が身体に直接当たると、冷房運転時は寒すぎる、暖房運転時は暑すぎる等のドラフトと呼ばれる不快感を感じる。そこで、冷房での設定温度を上げたり、暖房での設定温度を下げて対処すると、今度は吹出し口から離れている位置での空調効果が得難くなる。

吹出し口をより多く設けて吹出し位置に対する遠近感を無くせば、空調効果が平均化して人による体感温度の差が薄らぐ期待はある。ただし、この場合は、吹出し口から熱交換空気を吹出す送風機の送風音が騒音として耳につき易くなり、空調空間全体の静粛性が妨げられてしまう。

たとえば［特許文献１］には、誘引混合型空気吹出し装置が開示されている。この吹出し装置は、空調機ファンからダクトを介して導かれた熱交換空気を、一次空気としてノズル口から吹出す。この状態で、ノズル近傍の空気を誘引空気（二次空気）として取込みつつ送給し、吹出し口部から室内へ混合空気を吹出すようになっている。

特開平８−２４７４９３号公報

上記［特許文献１］記載の吹出し装置によれば、吹出し口部に送風機を配置せずとも室内への吹出しが可能となり、室内への送風騒音の漏れは無い。また、吹出し装置に吹出し口部とダクトとの接続部を一体に備えたので、天井裏に配置する場合は天井施工後でも簡単に取付けられる、とある。

しかしながら、この吹出し装置では、別途、大型の空気調和機を構成する室内機を屋内の専用スペースに配置し、かつ室外機を屋外の専用スペースに配置する必要がある。これにより、空気調和機を据付けする際の制約が多くなり、特に中小建築物を対象とするには適さない。

また、専用スペースに配置される室内機と被空調室に備えられる吹出し装置とを連通するダクトに対して断熱材を巻装する保温施工をなす必要があり、部品費と作業手間がかかりコストに影響する。

本発明は上記事情にもとづきなされたものであり、その目的とするところは、室内ユニット内に室内へ熱交換空気を吹出す送風機を不要化して室内の静粛性の向上化を得るとともに、室内ユニットと室外ユニットを一体化することにより据付け自由度の拡大化を得られる空気調和機を提供しようとするものである。

上記目的を満足するため本発明は、給気用送風機の駆動により送風される外気を室内ユニットに供給する給気用ダクトが接続されるとともに、排気用送風機の駆動により室外ユニットから室内空気を屋外に排気する排気用ダクトが接続される空気調和機であって、室内ユニットは、室内熱交換器の一側面に沿って設けられる複数の噴出口を備え給気用ダクトから分岐された分岐給気用ダクト、室内熱交換器の他側面に沿って設けられ室内空気を導入する室内空気導入路を備え、噴出口から噴出する空気の誘引作用により室内空気導入路に導入される室内空気を室内熱交換器に流通させて熱交換し噴出口から噴出する空気とともに室内へ導き、室外ユニットは、圧縮機、室外熱交換器、膨張装置、換気流導入口、排気用ダクトから分岐された分岐排気用ダクトを備え、室内ユニットの室内熱交換器と冷凍サイクルを構成する室外ユニットを、空気調和機本体に一体に組み込んだ。

本発明によれば、室内ユニット内に送風機を不要化して室内の静粛性の向上化を得られるとともに、空気調和機本体に室内ユニットと室外ユニットを一体に組み込んで据付け自由度の拡大化を得る等の効果を奏する。

本発明における第１の実施の形態に係る、建築物に対する空気調和機の概略横断平面図。 同実施の形態に係る、空気調和機の概略横断平面図。 同実施の形態に係る、空気調和機を構成する室内ユニットの概略縦断面図。 本発明における第２の実施の形態に係る、空気調和機を構成する室内ユニットの概略縦断面図。 本発明における第３の実施の形態に係る、建築物に対する空気調和機の概略横断平面図。 本発明における第４の実施の形態に係る、空気調和機の概略横断平面図。

以下、本発明の実施の形態を、図面にもとづいて説明する。
図１は、本発明における第１の実施の形態に係る、建築物に対する空気調和機の概略横断平面図である。

空気調和機の設置場所である建築物Ｋは、たとえば中央に設けられる通路Ｔを挟んで、その両側に複数の被空調室（部屋）Ｒが並んで設けられる。なお、建築物Ｋとして必要なドア、窓、階段と踊り場、エレベータ、ベランダ他は全て省略していて、単なる間仕切り空間として示している。

それぞれの被空調室Ｒの壁面もしくは天井面には、後述する空気調和機本体１が取付けられる。空気調和機本体１の一側部に沿って給気用ダクト２が設けられ、他側部に沿って排気用ダクト３が設けられる。したがって、通路Ｔの片側列の空気調和機本体１に対して、給気用ダクト２と排気用ダクト３が１本ずつ設けられることになる。

左右それぞれの上記給気用ダクト２は、建築物Ｋの一側部において、建築物Ｋの内壁面に沿うよう屈曲形成され、かつ通路Ｔ上方部位で二方向から主給気用ダクト２Ａに接続する。上記主給気用ダクト２Ａは建築物Ｋの内部から外壁を貫通し、屋外へ突出して開口していて、この内部には給気用送風機４が収容される。

一方、左右それぞれの上記排気用ダクト３は、建築物Ｋの他側部において、建築物Ｋの内壁面に沿うよう屈曲形成され、通路Ｔ上方部位で二方向から主排気用ダクト３Ａに接続する。上記主排気用ダクト３Ａは建築物Ｋの内部から外壁を貫通し、屋外へ突出して開口していて、この内部には排気用送風機５が収容される。

さらに、上記給気用ダクト２には、それぞれの空気調和機本体１内部に延出する分岐給気用ダクト２ａが設けられる。同様に、上記排気用ダクト３には分岐排気用ダクト３ａが分岐され、空気調和機本体１の一側部に接続される。

したがって、主給気用ダクト２Ａ内に収容される給気用送風機４は、駆動されることで外気を吸込んで主給気用ダクト２Ａから給気用ダクト２へ送風し、さらに分岐給気用ダクト２ａから空気調和機本体１内部へ送風できる。

また、主排気用ダクト３Ａ内に収容される排気用送風機５は、駆動されることで分岐排気用ダクト３ａから空気調和機本体１内部の空気を吸込んで排気用ダクト３へ導き、さらに主排気用ダクト３Ａから屋外へ排気できる。

図２は、上記空気調和機本体の概略横断平面図であり、図３は、空気調和機本体を構成する室内ユニットの概略縦断面図である。
筐体である空気調和機本体１の内部は仕切り板６により区画されていて、区画される一方の内部空間は室内ユニット７を構成し、他方は室外ユニット８を構成する。室内ユニット７と室外ユニット８のいずれも、その内壁に沿って断熱材が取着され、断熱構造となっている。

上記給気用ダクト２から分岐する分岐給気用ダクト２ａは断面円形状であり、上記室内ユニット７の一側部から挿入され、上記仕切り板６の近傍部位まで延出される。なお説明すると、分岐給気用ダクト２ａは室内ユニット７の幅方向の略中央部で、かつこの上端面に接するよう設けられ、先端開口部は蓋板により閉塞される。

上記分岐給気用ダクト２ａの上端部から左右に振り分けられた略同一角度位置に、この分岐給気用ダクト２ａの軸方向に沿い所定間隔を存して複数の噴出ノズル（噴出口）１０が設けられる。

すなわち、上記噴出ノズル１０は分岐給気用ダクト２ａに２列に並んで取付けられていて、それぞれの噴出ノズル１０は、基端部である分岐給気用ダクト２ａとの接続部から先端にかけて斜め下方に向けられた状態で突出している。

特に図３に示すように、上記噴出ノズル１０の傾き角度に合せて室内ユニット７の内壁部７ａが設けられていて、この内壁部７ａは側面視で断面略ハの字状に形成される。そして、内壁部７ａとは所定間隔を存して平行に室内熱交換器１２が設けられていて、内壁部７ａと同様、側面視で略ハの字状に配置される。

上記噴出ノズル１０と、室内ユニット７の内壁部７ａと、室内熱交換器１２の傾き角度は全て同一に揃えられ、噴出ノズル１０は室内ユニット内壁部７ａと室内熱交換器１２上面との間の空間部に向って噴出するように傾けられる。

室内ユニット７の下端面は開口していて、化粧板１３で閉成される。上記化粧板１３の中央部に吸込み口１５が開口され、吸込み口１５の両側部に沿って吹出し口１６が開口される。１つの吸込み口１５および２つの吹出し口１６ともに、室内ユニット７の幅方向に亘って設けられていて、横長矩形状をなす。

化粧板１３上には２つのドレンパン１７が載設され、各ドレンパン１７上に上記室内熱交換器１２が載置される。吸込み口１５はドレンパン１７相互間に開口し、吹出し口１６は各ドレンパン１７の側端部と室内ユニット７の側端部との間に開口する。以上の構成により、吸込み口１５から室内熱交換器１２下面に至るまで間が、室内空気導入路１８として形成される。

上記室外ユニット８において、室内ユニット７に対する分岐給気用ダクト２ａの貫通面と対向する側面には排気口が設けられていて、上記分岐排気用ダクト３ａが接続される。室外ユニット８の分岐排気用ダクト３ａ接続面とは直交する方向の一側面に換気流導入口１９が設けられ、被空調室Ｒに対して開口する。

室外ユニット８の内部には、圧縮機２０と、室外熱交換器２１と、膨張弁（膨張装置）２２が収容される。これら圧縮機２０と、室外熱交換器２１と、膨張弁２２は、上記室内熱交換器１２と冷媒管Ｐを介して冷凍サイクルを構成するように接続される。したがって、空気調和機本体１内に冷凍サイクル構成機器が一式収容されることになる。

このようにして構成される空気調和機であり、圧縮機２０を駆動するとともに、主給気用ダクト２Ａ内の給気用送風機４と、主排気用ダクト３Ａ内の排気用送風機５を駆動することで、被空調室に対する冷房運転が開始される。

圧縮機２０から高温高圧のガス冷媒が吐出され、室外熱交換器２１と後述するように熱交換して凝縮液化する。液冷媒は膨張弁２２で断熱膨張し、室内熱交換器１２で後述するように二次空気と熱交換して蒸発し、二次空気から蒸発潜熱を奪い冷気に変える。蒸発した冷媒は圧縮機２０に導かれ、再び上述の冷凍サイクルを循環する。

一方、給気用送風機４の駆動により外気が主給気用ダクト２Ａに吸込まれる。外気は主給気用ダクト２Ａから給気用ダクト２と分岐給気用ダクト２ａを介して噴出ノズル１０に導かれる。分岐給気用ダクト２ａの直径と比較して噴出ノズル１０の直径が極く小さいので、噴出ノズル１０において流量を絞られ、外気は流速を早めて噴出ノズル１０から噴出する。

噴出ノズル１０からの噴出流が、室内ユニット内壁部７ａと室内熱交換器１２上面との空間部に形成される。噴出ノズル１０先端と対向する室内ユニット７の下端部には吹出し口１６が設けられているから、噴出流は吹出し口１６へ向って噴出する。その影響で、室内ユニット内壁部７ａと室内熱交換器１２上面との間の空間部が負圧化する。

室内熱交換器１２の下面側の空気が噴出流により誘引され、室内空気が吸込み口１５から室内ユニット７内へ導かれる。そして、室内空気導入路１８を経て室内熱交換器１２を流通する。そのあと、室内熱交換器１２の上面側にて上記噴出流と合流し、混合流として吹出し口１６に向う。

噴出ノズル１０から室内熱交換器１２の上面に沿って噴出する外気を一次空気とし、吸込み口１５から室内空気導入路１８に導かれ室内熱交換器１２下面から上面へ流通する室内空気を二次空気として、一次空気に二次空気が誘引される。室内熱交換器１２は二次空気と熱交換して、これを冷気に変える。

二次空気である冷気は一次空気と混合され、若干温度上昇して吹出し口１６に導かれ、さらに室内へ吹出されて、被空調室Ｒに対する冷房作用がなされる。このとき、室内空間へ０．１ｍ／ｓ以下の速度で空気が吹出されるようにすれば、気流感の無い冷房がなされる。

被空調室Ｒへ吹出される熱交換空気は、誘引による混合気流であるので、室内熱交換器（蒸発器）１２の温度を極力低下させて、除湿量を確保する。そして、誘引混合気流にて室内空間には適度な温度を噴流して、冷え過ぎを防止する。

上記被空調室Ｒに対する冷房作用をなした後の空気は、室内を循環する。その一方で、排気用送風機５が駆動されるので、分岐排気用ダクト３ａを介して室外ユニット８内が負圧化する。したがって、室外ユニット８に設けられる換気流導入口１９から室内空気の一部が室外ユニット８内部に導入される。

室外ユニット８内において、換気流導入口１９から導入された室内空気は室外熱交換器２１を流通し熱交換する。その後、分岐排気用ダクト３ａと、排気用ダクト３および主排気用ダクト３Ａを介して屋外へ排気される。オフィス等の建築物においては、ビル管理法に定められた換気流を得る必要があるが、この換気流を利用して室外熱交換器２１と熱交換することになる。

このように、室内ユニット７と室外ユニット８を一体化した空気調和機本体１を室内に設置しながら、室内熱交換器１２へ熱交換空気を送風する室内送風機を不要とするとともに、室外熱交換器２１へ熱交換空気を送風する室外送風機も不要とした。空気調和機本体１から被空調室Ｒへ漏れる送風音は一切無くなり、室内の静粛化を得られるとともに、気流感のない空調が可能となる。

空気調和機本体１内に、室内ユニット７および室外ユニット８を一体化して備えたので、空気調和機本体１の被空調室Ｒでの据付け場所を適宜選択できるようになり、据付け自由度が拡大する。

なお、上記実施の形態における冷凍サイクルに四方弁を追加して、冷房運転ばかりでなく暖房運転への切換えを可能としてもよいことは勿論であり、このときも、上述の効果が得られる。
また、被空調室Ｒが広い場合は、複数の空気調和機本体１を設けても良い。さらに、主給気用ダクト２Ａから吸い込まれる外気は、建築物Ｋの外部に別に設けられた空気調和装置により、予め温度が調節された空気であっても良い。

図４は、本発明における第２の実施の形態での、空気調和機を構成する室内ユニットの概略縦断面図である。
後述する室内ユニット７Ａでの構成のみが相違し、その他の構成部品については何らの変更もないので、図１および図２を適用して新たな説明は省略する。

ここでは分岐給気用ダクト２ａに設けられる噴出ノズル１０Ａが、分岐給気用ダクト２ａから直下部へ向って突設され、噴出ノズル１０Ａの直下部に噴出流が形成される。室内熱交換器１２を載置する左右のドレンパン１７の内側面から略水平方向へ案内板２５が突設され、これら案内板２５の先端は互いに間隔を存して対向する。

案内板２５相互間隔の上方部位に上記噴出ノズル１０Ａの噴出口が対向しており、案内板２５相互間隔の下方部位には断面略三角状の平板２６が設けられる。したがって、噴出ノズル１０Ａの噴出口から形成される噴出流は、案内板２５相互の間隔を介して平板２６に衝突するよう構成される。

上記平板２６は、室内ユニット７Ａの下面開口部を閉塞する化粧板１３に設けられていて、平板２６の両側部に沿って吹出し口１６Ａが開口し、化粧板１３の側端部である室内ユニット７Ａ下端部との間に吸込み口１５Ａが開口している。これら２つずつの吹出し口１６Ａおよび吸込み口１５Ａは、横長矩形状をなすよう形成されることも変りがない。

斜めに傾けて配置される室内熱交換器１２の傾斜角度は先に説明したものと変りがないが、この室内熱交換器１２上面と対向する室内ユニット内壁部７ｂの傾斜角度は、先に説明したものとは緩く形成される。

すなわち、内壁部７ｂの上端は室内熱交換器１２上面の上端に極く接近し、下部側になるにしたがって室内熱交換器１２上面とは離間し、吸込み口１５Ａが形成される下端において最も室内熱交換器１２から離間する。ここでは、室内熱交換器１２上面と内壁部７ｂとの間の空間部が、室内空気導入路１８Ａとなる。

このようにして構成される室内ユニット７Ａを備えた空気調和機であり、圧縮機２０を駆動して冷凍サイクル運転をなすとともに、主給気用ダクト２Ａ内の給気用送風機４と、主排気用ダクト３Ａ内の排気用送風機５を駆動する。室内ユニット７Ａ以外の作用は上述のとおりであるので、新たな説明は省略する。

給気用送風機４の駆動にともない、室内ユニット７Ａにおける噴出ノズル１０Ａから外気が噴出され、噴出ノズル１０Ａと平板２６との間に噴出流が形成される。各室内熱交換器１２の上面側の空気が誘引されて室内熱交換器１２を流通する。この流通空気は、両側の吸込み口１５Ａから室内空気導入路１８Ａに導かれる室内空気である。

すなわち、噴出ノズル１０Ａから噴出される一次空気に、二次空気として室内空気が誘引され、室内熱交換器１２と熱交換する。二次空気は室内熱交換器１２と熱交換した直後に一次空気と混合し、混合気流となって案内板２５相互の間隔を挿通し、平板２６に衝突する。

上記平板２６の断面形状から混合気流は二分され、平板２６両側の吹出し口１６Ａから室内へ吹出される。このように、断面略三角状とした平板２６の存在により噴出流を拡散させることができ、室内における空調作用に対する快適性の向上を図れる。
また、上記室内空気導入路１８Ａを、吸込み口１５Ａから徐々に狭くなるように形成したので、室内熱交換器１２での部分的な熱交換効率の偏りを防止できる。この他、上述の実施の形態と同一の作用効果が得られる。

図５は、本発明における第３の実施の形態に係る、建築物に対する空気調和機の概略横断平面図である。後述する給気用ダクト２とそれに係る構成を除いて、他の構成は先に図１で説明したものと何ら変りがないので、同一部品については同番号を付して新たな説明を省略する。

図１では建築物Ｋの外壁に主給気用ダクト２Ａを貫通して設け、外気を導入して室内ユニット７内の噴出ノズル１０に一次空気として給気するようにしたが、これに限定されるものではない。

左右両側の給気用ダクト２は、建築物Ｋ内の一側部において屈曲形成され、通路Ｔの上方部位において交わる。これら給気用ダクト２が交わる位置に、軸方向を垂直に向けた主給気用ダクト２Ｂが設けられる。要は、建築物Ｋ内部に主給気用ダクト２Ｂを設ければよい。

主給気用ダクト２Ｂの上下いずれかの端部は開口され、他の端部は閉塞される。内部には給気用送風機４が収容され、主給気用ダクト２Ｂの開口部から吸込んだ空気を左右の給気用ダクト２へ送風できる。さらに、一般的な建築物Ｋは気密性が高いことから、上述の主給気用ダクト２Ｂから離間した建築物Ｋ部位に、外気を取入れるための小窓２７が設けられる。

給気用送風機４を駆動することにより、主として建築物Ｋ内部に循環する空気が主給気用ダクト２Ｂに吸込まれる。吸込まれた空気は給気用ダクト２から分岐給気用ダクト２ａに導かれ、噴出ノズル１０から噴出して、先に説明したような作用効果が得られる。
同時に、小窓２７から外気が取入れられ、主給気用ダクト２Ｂに吸込まれる。すなわち、先の実施の形態では、外気を一次空気とし、熱交換された二次空気と混合するので、一次空気と二次空気とにある程度の温度差がある。

これに対して、第３の実施の形態では、一次空気として被空調室Ｒ内の空気を用いるから、二次空気（熱交換空気）との温度差がさらに小さくなり、室内熱交換器１２での熱交換効率のより向上化を得られる。
その一方で、室外熱交換器２１と熱交換するための熱交換空気として換気流を利用し、熱交換後は排気用ダクト３を介して屋外へ排気する。この他、上述の実施の形態と同一の作用効果が得られる。

図６は、第４の実施の形態に係る、空気調和機の概略の横断平面図である。
この実施の形態では、個々の被空調室Ｒに備えられる空気調和機として適用しており、これまで説明した実施の形態のような、左右列の被空調室Ｒに亘る給排気用ダクト２，３を備えた建築物Ｋ全体を対象としていない。

空気調和機本体１Ａ内が、仕切り板６を介して室内ユニット７と室外ユニット８に区画される。室内ユニット７に備えられる室内熱交換器１２と、噴出ノズル１０（もしくは１０Ａ）および化粧板１３の構成は、先に図３（もしくは図４）で説明したものと同様の構成となっている。

上記空気調和機本体１は被空調室Ｒの壁面に取付けられるが、天井裏に取付けてもよい。噴出ノズル１０が設けられる給気用ダクト２ｃは被空調室Ｒの外壁ａを貫通し、この開口端が外部に臨ませられる。給気用ダクト２ｃの内部に給気用送風機２８が収容され、この駆動にともない外気を導入して噴出ノズル１０に給気できる。
あるいは、給気用ダクト２ｃの開口端を室内に開口し、給気用送風機２８を駆動して室内の換気流を噴出ノズル１０に給気するようにしてもよい。

一方、室外ユニット８においては、この内部に冷凍サイクルを構成する圧縮機２０と、室外熱交換器２１と、膨張弁２２が配置され、室内ユニット７の室内熱交換器１２と冷媒管Ｐを介して冷凍サイクルを構成するように連通することも変りがない。

室外熱交換器２１へ導かれる熱交換空気として、室内空気を利用する換気流導入口１９が設けられことも同様である。室外熱交換器２１と熱交換した後の空気を屋外へ排気するための排気用口体３ｂが被空調室Ｒの外壁ａを貫通して外部に臨ませられる。

上記室外熱交換器２１に対向して室外送風機３０が配置される。上記室外送風機３０を駆動することにより、換気流導入口１９から室内空気を室外ユニット８内に導入し、室外熱交換器２１に送風して熱交換する。室外熱交換器２１で熱交換した後の空気は、排気用口体３ｂから屋外へ排気される。

すなわち、この実施の形態では室外ユニット８内に室外送風機３０を備えるので、ある程度の送風騒音が室内に漏れることは避けられないが、その反面、室外熱交換器２１における大幅な熱交換効率の向上を得られるとともに、室外送風機３０が換気扇としても機能する。

さらに、先に説明した実施の形態のような、左右列の被空調室Ｒに亘る給排気用ダクト２，３と空気調和機本体１との関連が無くなり、空気調和機本体１Ａが単独化して被空調室の任意の場所に取付けることができ、据付け作業の大幅な向上化が得られる。

なお、本発明は上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。そして、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。

１２…室内熱交換器、１０，１０Ａ…噴出ノズル（噴出口）、２…給気用ダクト、１８，１８Ａ…室内空気導入路、７、７Ａ…室内ユニット、２０…圧縮機、２１…室外熱交換器、２２…膨張弁（膨張装置）、８…室外ユニット、１，１Ａ…空気調和機本体。

Claims (1)

1. 給気用送風機の駆動により送風される外気を後記室内ユニットに供給する給気用ダクトが接続されるとともに、排気用送風機の駆動により後記室外ユニットから室内空気を屋外に排気する排気用ダクトが接続される空気調和機であって、
   前記室内ユニットは、
   室内熱交換器の一側面に沿って設けられる複数の噴出口を備え、前記給気用ダクトから分岐された分岐給気用ダクトおよび、前記室内熱交換器の他側面に沿って設けられ室内空気を導入する室内空気導入路とを備え、前記噴出口から噴出する空気の誘引作用によって前記室内空気導入路に導入される室内空気を前記室内熱交換器に流通させて熱交換し、噴出口から噴出する空気とともに室内へ導き、
   前記室外ユニットは、
   圧縮機と、室外熱交換器と、膨張装置と、換気流導入口と、前記排気用ダクトから分岐された分岐排気用ダクトと、を備え、前記室内ユニットにおける室内熱交換器と冷凍サイクルを構成し、
   これら室内ユニットおよび室外ユニットを一体に組み込んだ空気調和機本体を具備することを特徴とする空気調和機。

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