(57)【要約】【課題】天井埋め込み型空気調和機室内ユニットにおいて、熱交換器フィンによる伝熱面積を確保するとともに、熱交換器フィン端部において発生する干渉音を低減させること。【解決手段】複数の伝熱管１１と薄板形状の複数のフィン１０とを備え熱交換器２は、直線部と折り曲げ部とを形成して送風機１の外側を囲むように送風方向下流側に配置され、薄板形状のフィン１０は、送風方向の上流側に位置する前縁端部に切り欠いた凹部１２を有し、フィンの凹部１２は送風方向上流側で上下方向に配置された隣接する伝熱管から互いに離隔した部位に設けられるとともに、凹部の底面は送風方向上流側で上下方向に配置された伝熱管よりも送風方向上流側に位置し、凹部１２を有するフィン１０が、熱交換器の直線部、又は折り曲げ部、又は全体部分に設置されることで、効率的な放熱面積の確保と熱交換器周辺での騒音の低減を図る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送風機、熱交換器を収納する天井内埋没型のキャビネットと、吸込み口、吹出し口を水平に配置した天井露出型のパネルと、を備えたセパレートタイプの天井埋め込み型室内ユニットにおいて、
前記熱交換器は、複数の伝熱管と、前記複数の伝熱管の管方向に略垂直に取り付けられた薄板形状の複数のフィンと、を備えており、
さらに、前記熱交換器は、前記管方向が直線状である直線部と、前記管方向が曲線である折り曲げ部とを形成して、前記送風機の外側を囲むように前記送風機の送風方向下流側に配置され、
前記薄板形状のフィンは、前記送風方向の上流側に位置する前縁端部に略矩形状に切り欠いた凹部を有し、
前記フィンの凹部は前記送風方向上流側で上下方向に配置された隣接する伝熱管から互いに離隔した部位に設けられるとともに、前記凹部の底面は前記送風方向上流側で上下方向に配置された伝熱管よりも前記送風方向上流側に位置し、
前記凹部を有するフィンは、前記熱交換器の直線部に設置される
ことを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
請求項１において、
前記凹部を有するフィンは、前記熱交換器の直線部に設置する代わりに、前記熱交換器の折り曲げ部に設置されることを特徴とする空気調和機。
【請求項３】
請求項１において、
前記凹部を有するフィンは、前記熱交換器の直線部に設置する代わりに、前記熱交換器の直線部と折り曲げ部とを含めた全体部分に設置されることを特徴とする空気調和機。
【請求項４】
請求項１、２または３において、
前記前縁端部に形成された薄板形状のフィンの凹部は、前記前縁端部に形成された凸部と対称形状を形成していることを特徴とする空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セパレートタイプの天井カセット埋め込み型空気調和機室内ユニットの熱交換器の構造に係わり、特に熱交換器を構成するフィンの形状とその配置に関する。なお、以下の説明では、天井カセット埋め込み型空気調和機について述べるが、カセット式に限らず天井埋め込み型空気調和機について本発明は当然に適用可能なものである。
【背景技術】
【０００２】
天井カセット埋め込み型空気調和機の送風流路における従来技術について、図８と図９を参照しながら以下説明する。図８は通常の天井カセット埋め込み型空気調和機におけるフィン端部に発生する剥離渦を説明する図である。図９は通常の天井カセット埋め込み型空気調和機における吸い込み口−フィン付き熱交換器−吹き出し口に亘る送風流れを説明する図である。
【０００３】
天井カセット埋め込み型空気調和機室内ユニットの送風流路構造は、多くの場合、カセット内中央に配置された送風機１により吸い込み口５から吸込まれた空気は、送風機１のすぐ外側を取り囲むように配置された熱交換器２に吹き付けられ、そこで熱交換された空気はキャビネット側壁面９にて下方向に風向きを変えた後、吹き出し口６から室内へ吹出されるようになっている。特に通風抵抗が大きく騒音原因の一つとなる熱交換器２が、吹出し口近くに設置されているため、熱交換器２への通風時における騒音がそのまま室内へと漏れやすい構造となっている。
【０００４】
また、図８に示すように、熱交換器２を構成するフィン１０は基本的に送風機１の回転方向に対して概ね直角に並んでおり、送風機１から熱交換器２のフィン１０に送風される流れは、フィン１０に対して幾らかの迎角をもって流入するため、フィン１０の端部において流れの剥離渦１５が発生し、その圧力変動によりフィン１０間において干渉音が発生することがある。この現象は、特に送風機１と熱交換器２が近接して設置された場合に多く見られ、干渉音を発生させないためには、送風機１と熱交換器２の距離を十分に大きく確保することが求められる。
【０００５】
しかしながら、最近のカセットのコンパクト化や性能向上の重要性から、設計上、送風機１と熱交換器２の距離を必ずしも大きく確保できないといった事情もあり、その結果、前述の干渉音が大きな騒音となって室内に漏れてしまい、運転中の快適性を著しく損なうこととなる。それために、これまでに天井カセット埋め込み型空気調和機室内ユニットの熱交換器構造について、騒音低減を狙った様々な改善検討がなされてきた。
【０００６】
天井カセット埋め込み型空気調和機室内ユニットの熱交換器を対象とした従来技術として、例えば特許文献１に示すように、熱交換器フィンに送風流れをガイドさせる風向きガイド板を突設することで、前述の剥離渦１５による干渉音を防ぐようにすることが開示されている。これによれば、送風機回転方向に向かって傾斜させた風向きガイド板を任意フィンの上流側先端部に突設することで、フィンに流入する送風空気の迎角を抑えることができ、前述のような剥離渦１５による干渉音を抑制できる旨が記述されている。
【０００７】
また、他の従来技術として、例えば特許文献２には、送風機回転方向に対して反対方向に傾斜させた導風部を上流側先端部に突設したフィンを熱交換器全体、或いは任意枚数毎に配置することで、フィン先端部での目詰まりや異臭の発生も防ぐようにすることが開示されている。これによれば、フィンに対して送風空気をスムーズに流しこむことで、送風空気中に含まれる砂埃、油、煙といった汚れ粒子がフィン先端部に付着・堆積するのを防ぐことができる旨が記述されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−１６１６９４号公報
【特許文献２】特開平５−２１５３５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述した特許文献１，２の従来技術では、送風空気をスムーズに流しこむための風向きガイド板や導風部を上流側端部に突設したフィンを、熱交換器の一部、或いは全体に設置することで、フィン先端での剥離渦による干渉音や目詰まり、異臭等の発生を防止しようとするものである。
【００１０】
しかしながら、特許文献１で提案している構造では、折り曲げた板状の風向きガイド板をフィンとフィンの間に挟みこむ形で設置するため、通風の観点からして特定のフィン間にしか風向きガイド板を設けることはできない。そのため、風向きガイド板が設置されておらずかつ風向きガイド板から離れた範囲に位置するフィン間では、前述のような送風ガイド効果は十分ではないという課題が生じ得る。また、風向きガイド板は、送風機からの送風空気を至近距離で且つ概ね直角方向に受け止めることになるため、その際の衝突損失が送風性能に与える影響が懸念される。さらに、風向きガイド板における傾斜部の背面側に位置するフィンは、ちょうど流れの影になる形となり、十分な通風が望めないことから、伝熱性能の低下が考えられる。そのほか、風向きガイド板自身の防振手段や、安定した固定方法、さらには風向きガイド板追加による部品点数と製造工程の増加、といった課題も残されている。
【００１１】
一方、上記の特許文献２では、導風部が送風空気に対して概ね平行に配置されており、また導風部がフィン自体の上流側を延ばして傾斜させることで構成されているために、全てのフィンに対して導風部を設けることができ、それにより送風空気を各々のフィン間に対してスムーズに、かつ整流して流入させることができる。また、導風部を有するフィンを任意枚数毎に配置することで、フィンピッチの小さな仕様の熱交換器に対しても、容易に導風ピッチを確保することができるようにしている。
【００１２】
しかしながら、上記の特許文献２でも特許文献１の何れの構造であっても、従来の平板状フィンに対して折り曲げ加工が追加されることになり、フィン製作時のコスト増加は避けられない。また、送風ガイド役割のためだけにフィンの上流側を延ばして折り曲げることで、フィン間の通風抵抗が増加すると共に、伝熱性能に必ずしも効果的ではないフィン面積を増やすことになり、フィン性能効率低下といったコストパフォーマンス上の問題が懸念される。
【００１３】
また、特に、上記の特許文献２によると、導風部でのフィンピッチ減少やフィンピッチの小さな仕様の熱交換器に対しては導風部をもつフィンを任意枚数毎に配置することで対応できる旨を述べているが、やはりフィン折り曲げ加工の追加、およびフィン配列時工程の複雑化は避けられないという課題が生じ得る。
【００１４】
そこで、本発明では、実際の製品化を前提に、製品性能、生産性、コスト面に配慮しつつ、具体的には、天井埋め込み型空気調和機室内ユニットにおいて、熱交換器フィンによる伝熱面積を確保するとともに、熱交換器フィン端部において発生する干渉音を低減させることに的を絞った構造を有する熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記課題を解決するために、本発明は次のような構成を採用する。  
送風機、熱交換器を収納する天井内埋没型のキャビネットと、吸込み口、吹出し口を水平に配置した天井露出型のパネルと、を備えたセパレートタイプの天井埋め込み型室内ユニットにおいて、前記熱交換器は、複数の伝熱管と、前記複数の伝熱管の管方向に略垂直に取り付けられた薄板形状の複数のフィンと、を備えており、さらに、前記熱交換器は、前記管方向が直線状である直線部と、前記管方向が曲線である折り曲げ部とを形成して、前記送風機の外側を囲むように前記送風機の送風方向下流側に配置され、前記薄板形状のフィンは、前記送風方向の上流側に位置する前縁端部に略矩形状に切り欠いた凹部を有し、前記フィンの凹部は前記送風方向上流側で上下方向に配置された隣接する伝熱管から互いに離隔した部位に設けられるとともに、前記凹部の底面は前記送風方向上流側で上下方向に配置された伝熱管よりも前記送風方向上流側に位置し、前記凹部を有するフィンは、前記熱交換器の直線部に設置される構成とする。
【００１６】
また、前記空気調和機において、前記凹部を有するフィンは、前記熱交換器の直線部に設置する代わりに、前記熱交換器の折り曲げ部に設置される構成とし、さらに、前記凹部を有するフィンは、前記熱交換器の直線部に設置する代わりに、前記熱交換器の直線部と折り曲げ部とを含めた全体部分に設置される構成とし、さらに、前記前縁端部に形成された薄板形状のフィンの凹部は、前記前縁端部に形成された凸部と対称形状を形成している構成とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、直線部と折り曲げ部からなるフィン付きの熱交換器において、直線部におけるフィンの前縁端部を略矩形状に切り欠いた凹部を形成することによって、送風機と熱交換器の間隔を部分的に拡げることができ、熱交換器と送風機を狭い間隔で設置することで発生していた干渉音を低減することができる。さらに、略矩形状に切り欠いた凹部を、伝熱管の近傍にある端部以外のフィン前縁端部に限定することで、伝熱性能の比較的悪い部分のみを削ることになり、熱交換性能の低下を極力防ぐことができる。さらに、凹部の範囲を送風方向最上流側に配置された伝熱管よりも上流側にとどめることで、剥離渦や干渉音の発生原因となりうるフィン前縁長さの増加を小さく保ちつつ、フィンの伝熱面積の減少を極力抑えることができる。
【００１８】
また、フィン付きの熱交換器における折り曲げ部において、凹部を有するフィンをその前縁に配置させることで、折り曲げにより直線部よりも狭くなっていた折り曲げ部最上流側のフィンピッチを部分的に拡げることができるため、直線部に比べて大きかった送風空気のフィン通過時の通風抵抗を軽減することができる。
【００１９】
また、凹部を有するフィンを、熱交換器の直線部と折り曲げ部に亘る全体に配置させることで、直線部と折り曲げ部における双方の利点を発揮でき、送風時の騒音と風速バランスを改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る天井埋め込み型空気調和機における、吸い込み口、送風機、フィン付き熱交換器、水受け、キャビネット側壁、吹き出し口、天井露出型パネルを示す側断面図である。
【図２】本実施形態に係る天井埋め込み型空気調和機における、送風機、直線部に凹部を有するフィンを設けた熱交換器、キャビネット側壁、吹き出し口を示す上面断面図である。
【図３】本実施形態に係る天井埋め込み型空気調和機における、送風機、折り曲げ部に凹部を有するフィンを設けた熱交換器、キャビネット側壁、吹き出し口を示す上面断面図である。
【図４】本実施形態に係る天井埋め込み型空気調和機における、送風機、全周に亘って凹部を有するフィンを設けた熱交換器、キャビネット側壁、吹き出し口を示す上面断面図である。
【図５】本実施形態に係る天井埋め込み型空気調和機における、凹部を有するフィン作成の材料取り例を説明する図である。
【図６】本実施形態に係る天井埋め込み型空気調和機における熱交換器の折り曲げ部でのフィンピッチを説明する図である。
【図７】本実施形態に係る天井埋め込み型空気調和機における熱交換器の折り曲げ部下流側の送風流れを説明する図である。
【図８】通常の天井埋め込み型空気調和機におけるフィン端部に発生する剥離渦を説明する図である。
【図９】通常の天井埋め込み型空気調和機における、吸い込み口−フィン付き熱交換器−吹き出し口に亘る送風流れを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施形態に係る天井埋め込み型空気調和機における室内熱交換器の構造について、図１〜図７を参照しながら以下詳細に説明する。図面において、１は送風機、２は熱交換器、３は水受け、４はキャビネット、５は吸込み口、６は吹出し口、７はパネル、８は天井、９はキャビネット側壁面、１０はフィン、１１は伝熱管、１２は略矩形状に切り欠いたフィン前縁端の凹部、１３は送風機の回転方向、１６は送風流れ方向、１７は伝熱管近傍のフィン前縁端部のピッチ、１８はフィン凹部底面端部のピッチ、をそれぞれ表す。以下、本実施形態に係る天井埋め込み型空気調和機の具体例である実施例について説明する。
【００２２】
「実施例１」
図１と図２を用いて、本実施形態に係る天井埋め込み型空気調和機の実施例１を説明する。送風機１、熱交換器２、水受け３、これらを収納する天井内埋没型のキャビネット４と、吸込み口５、吹出し口６、これらを水平に配置した天井露出型のパネル７と、を備えたセパレートタイプ（室外機と室内機が分離したタイプ）の天井埋め込み型室内ユニットにおいて、熱交換器２は、複数のフィン１０と、フィン１０を垂直に貫通する複数の伝熱管１１とで構成され、熱交換器２は、少なくとも１箇所以上の折り曲げ部を有して送風機１の外側を囲むように送風機１の送風方向下流側に配置されている。
【００２３】
熱交換器２の伝熱管１１とフィン１０は、図２に例示するように、送風機１の外周を取り囲むように配置され、図示例で４つの直線部と３つの折り曲げ部からなっており、フィン１０は図１の図示例で長手方向（紙面で上下方向：図１の上下矢印）と幅方向（紙面で左右方向）とフィンピッチ方向である厚さ方向（紙面で直交方向）をもつ薄板状体であり、フィン１０の長手方向が送風機１の回転軸に対して概ね平行（或る角度の回転軸の方向と薄板状体である各フィンの長手方向とが略一致）になるように配置される。
【００２４】
そして、本実施例１における、直線部に配置される熱交換器２のフィン１０は、送風方向上流側端部であり（フィン前縁）、且つ伝熱管１１の近傍以外（隣接する伝熱管から互いに離隔した部位）のフィン端部が、略矩形状に切り欠いた凹部１２を有し、さらに、凹部１２の送風方向下流側の端部（凹部の底面部）が、送風方向最上流側に配置された伝熱管１１（図１の図示例で左側列の伝熱管）の送風方向最上流側よりも上流側に位置している（図１の距離L）。
【００２５】
図１に示すような上述したフィン１０の前縁の凹部形成によって、送風機１と熱交換器２の距離が比較的大きく確保できている折り曲げ部を除いた直線部において、フィン端部を略矩形状に切り欠いた分、送風機１と熱交換器２の間隔を部分的に拡げることができ、送風機１と熱交換器２を狭い間隔で設置することで発生していた干渉音を低減することができる。
【００２６】
また、略矩形状に切り欠いた凹部１２を、伝熱管１１の近傍にある端部以外（上下方向に隣接する伝熱管から互いに離隔した部位）のフィン端部に限定することで、伝熱性能の比較的悪い部分のみを削ることになり（伝熱管から遠ざかるフィン部位ほど温度が低減しているので放熱性能は悪くなる）、熱交換性能の低下を極力防ぐことができる。さらに、凹部１２の範囲を送風方向最上流側に配置された伝熱管１１の送風方向最上流側よりも上流側にとどめることで、剥離渦や干渉音の発生原因となりうるフィン前縁長さの増加を小さく保ちつつ（フィン前縁に形成した凹部の深さが伝熱管の下流側にまで達すると、その分の長さに対応して剥離渦が発生してこれによる騒音が発生する）、フィン１０の伝熱面積の減少を極力抑えることができる。
【００２７】
「実施例２」
図３、図６及び図７を用いて、本実施形態に係る天井埋め込み型空気調和機の実施例２を説明する。本実施形態に係る空気調和機の実施例２は、凹部１２を有するフィン１０を、熱交換器２の折り曲げ部に配置させる構成である。図６に示すように、熱交換器２の折り曲げにより直線部よりも狭くなっていた折り曲げ部内側のフィンピッチ１７が、凹部形成によってその底面のフィンピッチ１８となって、部分的にフィンピッチが拡がることとなるため、直線部に比べて大きかった送風空気１６のフィン１０通過時の通風抵抗を軽減することができる。
【００２８】
また、熱交換器２の折り曲げ部の構造上、図７に示すように、折り曲げ部の下流側には吹出し口６が無く、折り曲げ部を通過した送風空気１６は最寄りの吹出し口６まで迂回して到達しなければならないため、直線部に比べてより通風抵抗が大きかったこともあり、本実施例２の構造を採用することは、熱交換器２全体の風速バランス改善に大変有効であり、風量を減少させずに騒音を低減することができる。
【００２９】
「実施例３」
図４を用いて、本実施形態に係る天井埋め込み型空気調和機の実施例３を説明する。本実施例３は、実施例１を示す図２と実施例２を示す図３における空気調和機において、凹部１２を有するフィン１０を、熱交換器２全体に配置させる構成である。この構成によって、実施例１と実施例２の双方の利点を発揮でき、送風時の騒音と風速バランスを改善できる。さらに、全てのフィン１０を同じ形状に統一することにより、直線部と折り曲げ部でのフィン１０の使い分けが必要なく、生産効率を向上できる。
【００３０】
「実施例４」
図５を用いて、本実施形態に係る天井埋め込み型空気調和機の実施例４を説明する。本実施例４は、本実施形態に係る空気調和機の実施例１〜３に用いられる凹部１２を有するフィン１０の製造手法を示すものである。図５に示すように、伝熱管用の穴を図示例で縦方向に４列に設け、その際に互いの列の穴を半ピッチだけ縦方向にずらせた薄板形状のフィン１０に対して、縦方向の中央部分で図示のように凹凸形状に切断することである。
【００３１】
この切断に際して、例えば右側のフィンは、図示の中央の一点鎖線を境にして凹部と凸部とが対称形状となるようにしている（図示の左側のフィンでも同様な対称形状）。このような凹部と凸部の形状を対称形状とした製造手法を採用することによって、凹部を有するフィン端部の凹凸形状について、材料取りの際の無駄がなく、コストを抑えることができる。
【００３２】
以上説明したように、本発明の実施形態に係る空気調和機は、次のような構成を備えて機能又は作用を奏することを特徴とするものである。すなわち、天井内埋没型のキャビネットと水平に配置した天井露出型の化粧パネルを有するセパレートタイプの天井カセット埋め込み型室内ユニットにおいて、熱交換器は、複数のフィンとこれらを垂直に貫通する複数の伝熱管とで構成されているとともに、少なくとも１箇所の折り曲げ部を有して送風機の外側を囲むように送風機の送風方向下流側に配置されており、フィンは、フィンの長手方向（図１で上下方向）が送風機の回転軸に対して概ね平行になるように配置され、熱交換器の折り曲げ部以外の直線部に配置されるフィンは、送風方向上流側端部であって、伝熱管の近傍以外のフィン端部を略矩形状に切り欠いた凹部を有し、凹部の送風方向下流側の端部は、送風方向最上流側に配置された伝熱管の送風方向最上流側よりも上流側に位置していることで、送風機と熱交換器の距離が比較的大きく確保できている折り曲げ部を除き、フィン端部を略矩形状に切り欠いた分、送風機と熱交換器の間隔を部分的に拡げることができ、熱交換器と送風機を狭い間隔で設置することで発生していた干渉音を低減することができる。
【００３３】
さらに、略矩形状に切り欠いた凹部を、伝熱管の近傍にある端部以外のフィン端部に限定することで、伝熱性能の比較的悪い部分のみを削ることになり、熱交換性能の低下を極力防ぐことができる。さらに、凹部の範囲を送風方向最上流側に配置された伝熱管の送風方向最上流側よりも上流側にとどめることで、剥離渦や干渉音の発生原因となりうるフィン前縁長さの増加を小さく保ちつつ、フィンの伝熱面積の減少を極力抑えることができる。
【００３４】
また、凹部を有するフィンを熱交換器の折り曲げ部に配置させることで、折り曲げにより直線部よりも狭くなっていた折り曲げ部内側のフィンピッチを部分的に拡げることができるため、直線部に比べて大きかった送風空気のフィン通過時の通風抵抗を軽減することができる。また、天井カセット埋め込み型空気調和機室内ユニットの構造上、折り曲げ部の下流側には吹出し口が無く、折り曲げ部を通過した送風空気は最寄りの吹出し口まで迂回して到達しなければならないため、直線部に比べてより通風抵抗が大きかったこともあり、熱交換器の折り曲げ部に凹部を有するフィンを配置させる構造を採用することは、熱交換器の全体風速バランス改善に大変有効であり、風量を減少させずに騒音を低減することができる。
【００３５】
また、凹部を有する前記フィンを、熱交換器全体（直線部と折り曲げ部からなる全体部分）に配置させることで、直線部又は折り曲げ部への配置の双方の利点を発揮でき、送風時の騒音と風速バランスを改善できる。さらに、全てのフィンを同じ形状に統一することにより、直線部と折り曲げ部でのフィンの使い分けが必要なく、生産効率を向上できる。さらに、凹部を有するフィン端部の凹凸形状について、凹部と凸部の形状を対称形状としたことで、材料取りの際の無駄がなく、コストを抑えることができる。
【符号の説明】
【００３６】
１  送風機
２  熱交換器
３  水受け
４  キャビネット
５  吸込み口
６  吹出し口
７  パネル
８  天井
９  キャビネット側壁面
１０  フィン
１１  伝熱管
１２  略矩形状に切り欠いたフィン前縁端部の凹部
１３  送風機の回転方向
１４  送風機から吹出される空気方向
１５  フィン端部で発生する剥離渦
１６  送風流れ方向
１７  伝熱管近傍のフィン前縁端部のピッチ
１８  フィンの凹部底面端部のピッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2011085341.tif 000009
【図８】
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【図９】
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