JP2006275488A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】所定風量を得るのに必要なクロスフローファンの騒音、入力、回転数を低減した空気調和機を提供する。
【解決手段】クロスフローファン１と、フィンチューブからなる前面上部熱交換器２、前面下部熱交換器３及び背面熱交換器４と、空気清浄フィルター５とを備え、前面上部熱交換器２の前面を空気清浄フィルター５の内側形状とほぼ同じにして、空気清浄フィルター５の内面に沿って配設し、クロスフローファン１と前面上部熱交換器２との距離を大きくした。
【選択図】図１

Description

この発明は、空気調和機に係り、特に、所定風量を得るのに必要なクロスフローファンの騒音、入力、回転数を低減した空気調和機に属する。

従来の空気調和機は、本体の前面上部および、または上面に設けられた吸込み口と、前面下部に設けられた吹出し口とを結ぶ空気通路に、下端を後方に傾斜させた垂直部と、この上端部を後方に折曲した後方傾斜部とその後端を下方に折曲した下方傾斜部とからなる熱交換器を備え、吹き出し空気流の一部を熱交換器に循環できるようにしている（例えば、特許文献１参照）。

また、従来の空気調和機は、室内ユニット本体の前面上部及び上面に室内空気の吸込み口を形成するとともに前面下部に調和空気の吹出し口を設け、クロスフローフアンの上方にλ形に組み合わされた状態でフィンチューブ型熱交換器からなる前面側熱交換器及び背面側熱交換器を配設し、背面側熱交換器の正面面積及び伝熱面積を前面側熱交換器のそれより大きくしている（例えば、特許文献２参照）。

特開平１１−２８１０８０号公報（段落００１１〜００１８、図１） 特開２０００−３２９３６４号公報（段落０００９〜００１５、図１）

従来の空気調和機は、特許文献１の前面熱交換器の上部である後方傾斜部及び特許文献２の前面側熱交換器のいずれも吸込み口から離れた形状であり、クロスフローファンと前面上部熱交換器との距離が短くなりやすく、クロスフローファン吸込み領域における翼の入射角が大きくなり、失速しやすいため、所定風量を得るのに必要なクロスフローファンの騒音、入力、回転数が大きくなるという問題があった。
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、クロスフローファンと前面上部熱交換器との距離を大きくし、所定風量を得るのに必要なクロスフローファンの騒音、入力、回転数を低減した空気調和機を提供することを目的とする。

この発明に係る空気調和機は、クロスフローファンと、フィンチューブからなる前面上部熱交換器、前面下部熱交換器及び背面熱交換器と、空気清浄フィルターとを備えた空気調和機において、前記前面上部熱交換器の前面形状を前記空気清浄フィルターの背面形状とほぼ同じにして、前記空気清浄フィルターの背面に沿って配設し、前記クロスフローファンと前記前面上部熱交換器との距離を大きくしたものである。

本発明に係わる空気調和機は、前面上部熱交換器の前面形状を空気清浄フィルターの背面形状とほぼ同じにして、空気清浄フィルターの背面に沿って配設し、前記クロスフローファンと前記前面上部熱交換器との距離を大きくしたので、所定風量を得るのに必要なクロスフローファンの騒音、入力、回転数を低減することができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係わる空気調和機の室内ユニットの断面図である。
図１に示すように、室内ユニット１１は、前面パネル３１と、前面パネル３１の内側と上面に設けられた吸込み口１０と、下面に設けられた吹出し口９と、吸込み口１０に設けられた空気清浄フィルター５と、前面の吸込み口１０対向して設けられた前面下部熱交換器３と、前面と上面の吸込み口にそれぞれ対向するように傾斜して設けられた前面上部熱交換器２と、上縁部が前面上部熱交換器２の上縁部に接して上面の吸込み口１０に対向する位置に、下縁部が前面上部熱交換器２から離れる方向に傾斜して配設された背面熱交換器４と、吹出し口９に対応して設けられたクロスフローファン１と、クロスフローファン１からの空気がスムースに流動するようにするスタビライザー２３及びリアガイダ２４を備えている。

なお、前面上部熱交換器２と前面下部熱交換器３は、前面熱交換器の段数のうち、上側半分を前面上部熱交換器２、下側半分を前面下部熱交換器３としており、いずれも、フィンチューブ型熱交換器である。
また、前面上部熱交換器２は、空気清浄フィルター５の形状とほぼ同じとし、空気清浄フィルター５の背面に沿って配設されている。

次に、この発明の実施の形態１の空気調和機の室内ユニット１１の動作について図１〜６により説明する。
クロスフローファン１がファンモータ（図示せず）の作動により回転すると、室内ユニット１１の外部にある空気が吸込み口１０から吸引され、前面下部熱交換器３、前面上部熱交換器２、背面熱交換器４、クロスフローファン１を経由して、吹出し口９から吹出される。ここで、前面下部熱交換器３、前面上部熱交換器２、背面熱交換器４は空気と熱交換を行い、空気を冷房運転時は冷却、暖房運転時は加熱する。

ここで、前面上部熱交換器２と空気清浄フィルター５の最短の距離Ｌが３〜２０ｍｍに対するファンモータ入力、騒音値及び回転数について実験した結果をそれぞれ図２、図３．図４により説明する。
図１において、前面上部熱交換器２と空気清浄フィルター５の距離Ｌについては、前面上部熱交換器２の空気清浄フィルター５側の線上の点Ａから、前面上部熱交換器２に対して垂線を引き、空気清浄フィルター５との交点を点Ｂとしたとき、線分ＡＢの長さをＬ［ｍｍ］とする。なお、空気清浄フィルター５が複数あるときは、最も前面上部熱交換器２に近い空気清浄フィルター５と、前面上部熱交換器２との距離とする。なお、図１は前面上部熱交換器２と、空気清浄フィルター５の距離が例えば、３ｍｍの場合を示している。
また、クロスフローファン１の回転中心点をＯ、吸込み領域を１５で示している。

図２は室内ユニット１１からの吹出し風量が１５ｍ³／ｍｉｎのときの、クロスフローファン１のファン入力と長さＬとの関係、図３は室内ユニット１１からの吹出し風量が１５ｍ³／ｍｉｎのときの、室内ユニット１１の騒音値と長さＬとの関係、図４は室内ユニット１１からの吹出し風量が１５ｍ³／ｍｉｎのときの、クロスフローファン１の回転数と長さＬとの関係を表す図である。
実験結果は、図２〜４に示すように、長さＬが小さいほど、クロスフローファン１のファン入力、騒音値、回転数が小さくなった。

次に、この理由について、前面上部熱交換器２と空気清浄フィルター５の距離Ｌに対するクロスフローファン１の吸込み領域１５における入射角の分布について計算した結果により説明する。
図５はクロスフローファンの翼に対する入射角の説明図、図６は前面上部熱交換器２と空気清浄フィルター５の距離Ｌを３ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍとし、この距離に対するクロスフローファン１の吸込み領域１５における入射角の分布を実験した結果を示す図である。
図５に示すように、クロスフローファン１の翼１６の外周側先端の円弧部１７の、中心を点Ｐ、中点を点Ｑとする。直線ＰＱと、翼１６への空気の、相対速度場で表したときの、流入速度ベクトル１８とのなす角度を入射角１９とする。ただし、矢印２０の方向を正の向きとする。

図６において、横軸の角度は、クロスフローファン１の回転中心、点Ｏと図５に示した点Ｑとのなす角度であり、図１に示すように、点Ｏから吹出し口９側に垂線を下ろし、点Ｑがこの垂線上に位置するときを角度０°とし、クロスフローファン１の回転方向を正の向きとした角度αである。

実験結果は、図６に示すように、クロスフローファン１の吸込み領域１５における入射角１９は、角度αが９０°〜１５０°でいずれも小さくなり、長さＬが２０ｍｍ、１０ｍｍ、３ｍｍと小さくなるに従って入射角が小さくなり、長さＬが３ｍｍのとき入射角が０°と最も小さくなった。入射角が小さくなると、失速しにくくなるため、クロスフローファン１の効率がよくなる。

図２〜４に示したように、クロスフローファン１の性能がよくなる理由は、クロスフローファン１の吸込み領域１５における入射角１９が小さくなった効果と、長さＬが小さくなるほど、前面上部熱交換器２の前面面積を大きくすることができ、所定風量を得るとき、前面上部熱交換器２、前面下部熱交換器３、背面熱交換器４の通過風速が低減するため、前面上部熱交換器２、前面下部熱交換器３、背面熱交換器４の圧力損失を小さくできる効果によるものである。

これは、クロスフローファン１と前面上部熱交換器２との距離は大きくするほどよいことを表している。このため、図２、３、４に示したように、長さＬが小さくなるほど、クロスフローファン１と前面上部熱交換器２との距離が大きくなり、所定風量を得るのに必要なファン入力、騒音値、回転数が小さくなる。

従って、空気清浄フィルター５の、略垂直な直線部５ｂ、略水平な直線部５ａ、曲線５ｃは、室内ユニット１１の外形線により様々であり、一概に定義できないが、クロスフローファン１の性能を向上させるには、定められた外形線において、略垂直な直線部５ｂ、略水平な直線部５ａ、曲線部５ｃを可能な限り、外形線に近づけ、前面上部熱交換器２を可能な限り、空気清浄フィルター５に近づけるのがよい。

以上のように、従来の空気調和機では、空気清浄フィルター５を固定するための固定部（図示せず）は厚さ３〜１５ｍｍ必要であり、長さＬは固定部の厚さより小さくすることができず、前面上部熱交換器と空気清浄フィルターとの距離が大きい場合は、所定風量を得るのに必要なクロスフローファン１のファン入力、騒音値、回転数が大きいという課題があったが、この発明の実施の形態１の空気調和機は、前面上部熱交換器２の前面形状を空気清浄フィルター５の背面形状とほぼ同じにして、空気清浄フィルター５の背面に沿って配設し、前面上部熱交換器２と空気清浄フィルター５の距離Ｌを小さくすることにより、前記クロスフローファン１と前面上部熱交換器２との距離を大きくしたので、所定風量を得るのに必要なクロスフローファン１のファン入力、騒音値、回転数を小さくすることができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、前面上部熱交換器２を空気清浄フィルター５の形状とほぼ同じとし、空気清浄フィルター５の内面に沿って配設したものであるが、本実施の形態はこのようにできない場合について示すものである。
図７はこの発明の実施の形態２を示す空気調和機の室内ユニットの断面図を表す図、図８、９は空気調和機のクロスフローファン入力を示す図である。
図７において、実施の形態１の図１と同一または相当部分には同一の符号を付し説明を省略する。電気集塵器２２が前面上部熱交換器２の風上側に配設されており、前面上部熱交換器２の前面は空気清浄フィルター５の内面に沿って配設されていない。
また、前面上部熱交換器２、前面下部熱交換器３及び背面熱交換器４はフィンチューブ型熱交換器である。

次に、この発明の実施の形態２の空気調和機の室内ユニットの動作について図７〜９により説明する。
クロスフローファン１がファンモータの作動により回転すると、室内ユニット１１の外部にある空気が吸込み口１０から吸引され、電気集塵器２２、前面上部熱交換器２、クロスフローファン１を経由して、吹出し口９から吹出されるとともに、前面下部熱交換器３及び背面熱交換器４、クロスフローファン１を経由して、吹出し口９から吹出される。
ここで、前面上部熱交換器２、前面下部熱交換器３及び背面熱交換器４は空気と熱交換を行い、空気を冷房運転時は冷却、暖房運転時は加熱し、また、電気集塵器２２により空気の塵埃が集塵されて吹き出される。

ここで、室内ユニット１１の各構成品の位置とファン入力等の関係について説明する。
図７において、前面上部熱交換器の最上端の点Ａから引いた水平線Ｘと、クロスフローファンの回転中心、点Ｏから引いた垂線Ｙとの交点を点Ｂとし、空気清浄フィルターの最左端の点Ｃから引いた垂線Ｚと、水平線Ｘとの交点を点Ｄとし、空気調和機の最下点Ｅから引いた水平線Ｖと、垂線Ｙとの交点をＦとし、垂線Ｚと水平線Ｖとの交点をＧとし、前面上部熱交換器に対して、垂直かつ、クロスフローファン側の線上の点Ｉ、および、点Ｄを通る、線分の長さをＤＩとし、点Ｉから引いた水平線Ｗと、線分ＤＩ、とのなす角度をθとする。
また、前面上部熱交換器２の列数は３列、厚さ３５．１ｍｍ、電気集塵器２２は前面上部熱交換器２の風上側に配設し、厚さ３３ｍｍ、クロスフローファン１の半径Ｒを５２．５ｍｍ、ＤＧ＝２８０ｍｍ、θ＝５８°とする。

この構成で、線分ＤＩを長くすると、電気集塵器２２の厚みを大きくしたり、室内ユニット１１のデザインの自由度が向上する利点があるが、クロスフローファン１と前面上部熱交換器２との距離が短くなるため、実施の形態１で説明したように、クロスフローファン１の性能が悪化する問題がある。

また、クロスフローファン１の回転中心点Ｏを下側に配設すれば、クロスフローファン１と前面上部熱交換器２との距離を大きくすることができるが、この場合、ＯＦが短くなり、リアガイダ２４の、領域Ｎ付近の静圧のゲージ圧（＜０［Ｐａ］）が下がり、室内空間（静圧のゲージ圧は０［Ｐａ］）との差圧が大きくなり、差圧により、室内空間から吹出し口９に向かう力２９が働き、この力は室内ユニット１１内部の空気の流れ方向と逆向きである。差圧が大きいほど力２９が大きくなり、クロスフローファン１にかかる負荷が大きくなり、ファン入力は増加する。
従って、ＤＩ、θが小さいほど、（ＤＧ−ＤＩｓｉｎθ）が大きくなるため、クロスフローファン１と前面上部熱交換器２との距離を大きくでき、かつ、ＯＦの長さを大きくできるため、クロスフローファン１の性能には有利になるが、定められたＤＧ、ＤＩ、θに対して、ファン入力が最小となる、ＯＦ／（ＤＧ−ＤＩｓｉｎθ）が存在する。

そこで、クロスフローファン１と前面下部熱交換器３との最短距離を、回転中心点Ｏを通り、前面下部熱交換器３との交点を点Ｊとしたとき、長さ（ＯＪ−Ｒ）の最小値とし、
最短距離ＯＪ−Ｒを１０、２０ｍｍとしたとき、ファン入力と、ＯＦ／（ＤＧ−ＤＩｓｉｎθ）の関係について実験した結果を図８、９により説明する。
実験結果は、点Ｊ付近の配管３０の外径はφ８ｍｍであり、最短距離を１０ｍｍ未満にすると、点Ｊ付近からクロスフローファン１へ向かう流れにより、異常音が発生した。また、最短距離を２０ｍｍより大きくしても、所定風量を得るときの騒音値は変わらなかったため、最短距離を１０〜２０ｍｍと定めた。

なお、最短距離１０ｍｍのとき、ＧＦ＝１０５．６ｍｍ、最短距離２０ｍｍのとき、ＧＦ＝１１５．６ｍｍとしてあり、ＧＦが長くならないように、前面下部熱交換器３と空気清浄フィルター５を近づけてあり、クロスフローファン１の回転中心、点Ｏの位置を変えて、ＯＦを変化させるに当たっては、ＤＧの長さが変わらないように、クロスフローファン１、スタビライザー２３、リアガイダ２４を上方向に移動したときは、リアガイダ２４の下流部分２５を長く、前面下部熱交換器３を短くし、下方向に移動したときは、リアガイダ２４の下流部分２５を短くし、前面下部熱交換器３を長くしてある。

クロスフローファン１と前面下部熱交換器３との最短距離が１０ｍｍの場合は、図８に示すように、クロスフローファン１と前面下部熱交換器３との最短距離が１０ｍｍの場合は、ＯＦ／（ＤＧ−ＤＩｓｉｎθ）が０．７２のとき、吹出し風量が１５ｍ３／ｍｉｎのときのファン入力が最小となった。測定誤差は２Ｗ程度あるため、０．６８≦ＯＦ／（ＤＧ−ＤＩｓｉｎθ）≦０．７５のとき、ファン入力が最小となるものとする。

また、クロスフローファン１と前面下部熱交換器３との最短距離が２０ｍｍの場合は、図９に示すように、ＯＦ／（ＤＧ−ＤＩｓｉｎθ）が０．７のとき、吹出し風量が１５ｍ３／ｍｉｎのときのファン入力が最小となった。測定誤差は２Ｗ程度あるため、０．６６≦ＯＦ／（ＤＧ−ＤＩｓｉｎθ）≦０．７３のとき、ファン入力が最小となるものとする。

このように、０．６８≦ＯＦ／（ＤＧ−ＤＩｓｉｎθ）≦０．７３の範囲であれば、クロスフローファン１と前面下部熱交換器３との最短距離が１０〜２０ｍｍのとき、ファン入力は小さくなる。
なお、前面下部熱交換器３の配管３０の外径はφ８ｍｍなので、最短距離１０〜２０ｍｍを配管径との関係で示すと、最短距離１０〜２０ｍｍは、配管径の１．２５〜２．５倍である。
クロスフローファン１と前面下部熱交換器３の最短距離が小さいときは、クロスフローファン１の回転中心点Ｏを下側に配設し、クロスフローファン１と前面上部熱交換器２との距離を大きくした方がよく、最短距離が大きいときは、クロスフローファン１と前面上部熱交換器２との距離は大きくなるため、クロスフローファン１の回転中心点Ｏを下側に配設して領域Ｎの静圧を大きくした方がよい。

以上の結果から明らかなように、クロスフローファン１と前面下部熱交換器３との最短距離を前記前面熱交換器の配管径の１．２５〜２．５倍とし、０．６８≦ＯＦ／（ＤＧ−ＤＩｓｉｎθ）≦０．７３のとき、ファン入力を小さくすることができる。
なお、本実施の形態では配管径がφ８ｍｍで、クロスフローファンと前面下部熱交換器との最短距離が１０〜２０ｍｍの場合について説明したが、配管径が、φ７ｍｍやφ６．３５ｍｍの場合についても、最短距離１０ｍｍ未満のとき、異常音が発生し、２０ｍｍより大きくしても騒音値は変わらない。

この発明の実施の形態１に係わる空気調和機の室内ユニットの断面図である。 この発明の実施の形態１に係わる空気調和機の室内ユニットのクロスフローファンのファン入力と前面上部熱交換器と空気清浄フィルターとの距離との関係図である。 この発明の実施の形態１に係わる空気調和機の室内ユニットの騒音値と前面上部熱交換器と空気清浄フィルターとの距離との関係図である。 この発明の実施の形態１に係わる空気調和機の室内ユニットのクロスフローファンの回転数と前面上部熱交換器と空気清浄フィルターとの距離との関係図である。 この発明の実施の形態１に係わる空気調和機の室内ユニットのクロスフローファンの翼に対する入射角の説明図である。 この発明の実施の形態１に係わる空気調和機の室内ユニットの前面上部熱交換器と空気清浄フィルターの距離に対するクロスフローファンの吸込み領域における入射角の分布を示す図である。 この発明の実施形態２を示す空気調和機の室内ユニットの構成図である。 この発明の実施形態２を示す空気調和機の室内ユニットのファンモータ入力を表す図である。 この発明の実施形態２を示す空気調和機の室内ユニットのファンモータ入力を表す図である。

符号の説明

１ クロスフローファン、２ 前面上部熱交換器、３ 前面下部熱交換器、４ 背面熱交換器、５ 空気清浄フィルター、５ａ 略水平な直線部、５ｂ 略垂直な直線部、５ｃ 曲線部、９ 吹出し口、１０ 吸込み口、１１ 室内ユニット、１５ 吸込み領域、１６ 翼、１９ 入射角、２２ 電気集塵器、２３ スタビライザー、３０ 配管。

Claims (2)

1. クロスフローファンと、フィンチューブからなる前面上部熱交換器、前面下部熱交換器及び背面熱交換器と、空気清浄フィルターとを備えた空気調和機において、
   前記前面上部熱交換器の前面形状を前記空気清浄フィルターの背面形状とほぼ同じにして、前記空気清浄フィルターの背面に沿って配設し、前記クロスフローファンと前記前面上部熱交換器との距離を大きくしたことを特徴とする空気調和機。
2. クロスフローファンと、フィンチューブからなる前面上部熱交換器、前面下部熱交換器及び背面熱交換器と、空気清浄フィルターと、電気集塵器とを備えた空気調和機において、
   前記電気集塵器を前記前面上部熱交換器の風上側に配設し、
   前記前面上部熱交換器の最上端の点Ａから引いた水平線Ｘと前記クロスフローファンの回転中心点Ｏから引いた垂線Ｙとの交点を点Ｂとし、前記空気清浄フィルターの最左端の点Ｃから引いた垂線Ｚと、水平線Ｘとの交点をＤとし、空気調和機の最下点Ｅから引いた水平線Ｖと、前記垂線Ｙとの交点をＦとし、前記垂線Ｚと水平線Ｖとの交点をＧとし、前記前面上部熱交換器に対して、垂直かつ、前記クロスフローファン側の線上の点Ｉ、および、前記交点Ｄを通る線分の長さをＤＩとし、前記点Ｉから引いた水平線Ｗと、前記線分の長さＤＩとのなす角度をθ、前記クロスフローファンと前記前面熱交換器との最短距離を前記前面熱交換器の配管径の１．２５〜２．５倍としたとき、
   ０．６８≦ＯＦ／（ＤＧ−ＤＩｓｉｎθ）≦０．７３
   となるように、前記クロスフローファンを配設したことを特徴とする空気調和機。
   

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