JP2007292405A - 空気調和機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 室内ユニット7の下面または側面に設けられた空気吸込口6から垂直方向の距離よりも水平方向に離れた位置に空気吹出口5を設け、さらに空気吸込口5と空気吹出口6とを連結する風路内の空気吸込口6側に設けたクロスフローファン1と、クロスフローファン1と空気吹出口5の間に設けた熱交換器2を備え、空気吸込口6からクロスフローファン1に直接室内空気を吸込んで通過させた後、熱交換器2で熱交換して空気吹出口5から吹出すように構成する。
【選択図】 図1
Description
従来装置では、熱交換器側で急激に流路が拡大する拡大流路を形成しているが、複数のシロッコファンから吹出される領域は熱交換器積み幅の全域に該当するものではなく、熱交換器積み幅の約半分程度であった。このため、熱交換器積み幅方向において風速分布が不均一となり、熱交換器性能が低下するという課題があった。
さらに、ファン入力を小さくすることができる空気調和機を得ることを目的とするものである。
さらに、熱交換器をクロスフローファンの下流側のみに配置することで、クロスフローファンの吸込み領域における翼間風量を増大してファン入力を低減する。
一般に空気調和機は室内ユニットと室外ユニットで構成され、例えば天井の内側や外側に設置される室内ユニットには室内熱交換器を格納し、室外ユニットには、圧縮機、四方弁、膨張弁、室外熱交換器などを格納する。室外ユニットに格納されている各機器と室内ユニットの室内熱交換器とは冷媒配管、例えば液配管とガス配管で接続され、冷媒を循環させて冷凍サイクルを構成する。
冷房運転時には、以下のような動作となる。
室外ユニットにおいて、圧縮機で圧縮されて吐出する高圧高温ガス冷媒は四方弁を介して室外熱交換器に流入し、ここで冷媒は周囲空気と熱交換して凝縮し、高圧液冷媒として流出する。室外熱交換器から流出した冷媒は膨張弁に流入して減圧されて低圧の気液二相冷媒となり、室外ユニットと室内ユニットとを接続する液配管を介して室内熱交換器に流入する。室内熱交換器内で冷媒は周囲空気と熱交換して蒸発し、低圧ガス冷媒として流出する。流出した冷媒は室内ユニットと室外ユニットとを接続するガス配管及び四方弁を介して圧縮機に戻る。室内熱交換器で冷媒が蒸発する際、室内空気を冷やす冷房が行われる。
圧縮機で圧縮されて吐出した高圧高温ガス冷媒は、四方弁及びガス配管を介して室内熱交換器に流入し、ここで冷媒は周囲空気と熱交換して凝縮し、高圧液冷媒として流出する。そして室内熱交換器から流出した冷媒は、液配管を介して室外ユニットの膨張弁に流入して減圧され、低圧の気液二相冷媒となり、室外熱交換器に流入する。室外熱交換器で冷媒は周囲空気と熱交換して蒸発し、低圧ガス冷媒として流出する。その後四方弁を介して圧縮機に戻る。室内熱交換器で冷媒が凝縮する際、室内空気を暖める暖房が行われる。
また、室外熱交換器における冷媒ー空気の熱交換を促進するための室外ファン及び室外ファンモータ、室内熱交換器における冷媒ー空気の熱交換を促進するための室内ファン及び室内ファンモータを備える。
熱交換器2はファンの回転軸方向、即ち紙面に略平行に板状の複数のフィンを並設し、フィン面に略垂直な方向からフィンを貫通するように複数本の伝熱管が設けられ、各伝熱管は入口及び出口以外は端部で互いに接続されている。このフィン間を空気が流れる時に伝熱管を流れる冷媒と熱交換し、空気は加熱または冷却される。そして風向変更ベーン10で定められた方向に向かって空気吹出口5から室内に吹出す。
この実施の形態では、ファンとしてクロスフローファン1を用いると共に、熱交換器2をクロスフローファン1の下流側に配置したところに特徴がある。
熱交換器13、14は3列16段で、列ピッチ12.7mm、段ピッチ20.4mm、積み幅は675mm、通風抵抗ΔP2=22.1V1.3[Pa](V:速度[m/s])であり、室内ユニットの大きさは、例えば奥行き(DP)238mm、高さ(H)298mm、幅(W)675mmである。この室内の壁面に設置されるタイプの室内ユニットでは、ファンの回転軸方向の長さである幅(W)は、図1の構成と同様であるが、高さ(H)よりも奥行き(DP)の長さが短い縦長の形状であるのが好ましい。このため、図1の構成では空気吸込口6と空気吹出口5の位置が、垂直方向の距離よりも水平方向に離れているのに対し、図2の構成では水平方向の距離よりも垂直方向に離れている。
角度αが40°〜60°で入射角aが小さくなっていることで、図6に示すように、図2の構成(黒丸印)よりも図1の構成(白丸印)の方が風量が大きくなっている。このため、固定渦15に供給される運動量が増加して速度の速い渦となり、固定渦15の静圧が下がって安定する。この固定渦15を安定化することで、図2の構成で課題となっていた逆吸込みや異常音の発生を防止できる。
シロッコファンを用いた場合の伝熱性能低下という不具合に対し、クロスフローファン1で構成すれば、熱交換器の積み幅方向で速度分布を均一として、熱交換器の伝熱性能を向上できる。
図9は、この発明の実施の形態2に係る空気調和機の室内ユニットを示す断面構成図である。図中、図1と同一符号は同一、または相当部分を示す。
この実施の形態に係る空気調和機の室内ユニット7は、クロスフローファン1の下流側に、水平方向に突出するようなV字状に熱交換器15、16を配置したものであり、他の各部は図1と同様の構成である。上方側の熱交換器15と、下方側の熱交換器16は共に2列9段、冷媒配管の総数は36本であり、図1に示した3列12段の熱交換器2の配管本数と同一である。
表2に図1に示した室内ユニットと図9に示した室内ユニットにおいて、吹出し風量が16m3/minのときのファン入力を示す。
さらに、熱交換器をV字状にした場合、室内ユニット7の奥行き(DP)の寸法を小さくすることができ、コンパクト化することができる。
また、図9では空気吹出口5側に突出するV形状の熱交換器を有する構成にしたが、熱交換器の左右を逆にしてクロスフローファン1側に突出するように配設してもよい。即ち、熱交換器の形状を、水平方向に突出させたり湾曲させれば、直線の場合よりも熱交換器の前面面積を大きくすることができる。熱交換器の前面面積とは、クロスフローファン1から流れてきた気流がフィンを通過する時のフィンの前面面積であるので、フィンの前面面積を大きくするように構成すれば、さらに通風抵抗を低減することができる。例えば、伝熱管の本数や構成はそのままで、フィンの形状を前面面積が大きくなるように構成してもよい。
本実施の形態では、図1や図9に示した構成の空気調和機の室内ユニット7において、クロスフローファン1のファン径(D)と室内ユニットの筐体の高さ(H)の関係について説明する。
図9に示した構成では空気吸込口6を室内ユニット7の下方に設けていたが、図11の構成例では右側面に空気吸込口6を設ける。このような構成の室内ユニット7は、空気吸込口6と空気吹出口5にダクトが接続され、天井の内側に埋め込んで設置されるものである。この構成では、通常、空気吸込口6に空気清浄フィルター4を設けずに、ダクトで接続された先の空気吸込口(図示せず)に空気清浄フィルターを設ける。この構成の室内ユニット7でも、実施の形態1と同様、クロスフローファン1を用いると共にクロスフローファン1の下流側にのみ熱交換器15、16を設けることで、実施の形態1と同様の作用効果を得ることができる。即ち、熱交換性能を向上できると共に、空気吸込口6の付近で通風抵抗が大きくなっても空気吹出口5で逆流が生じにくく、異常音の低減、ファン入力の低減を実現できる。
図12によれば、ファン径(D)/ユニット高さ(H)=0.5のとき、ファン入力が最小となる。側面に空気吸込口6がある場合でも図9の構成と同様、ファン径(D)は大きいほどファン効率が向上するが、大きすぎると、クロスフローファン1は下壁に近づくため、ファンの吸込みスペースが減少し、ファン吸込み領域において入射角が大きくなって失速が生じる。このため、ファン径(D)/ユニット高さ(H)=0.5でファン入力が最小となる最適値となり、この近傍のD/Hの値で室内ユニット7を構成すれば、ファン入力を低減できる。
以上のことから、0.5≦ファン径(D)/ユニット高さ(H)≦0.7で構成することにより、ファン入力を低減することができる。
クロスフローファン1は空気吸込口6側に配設しており、室内ユニット7の空気吸込口6側の側面とクロスフローファン1の回転中心までの長さL、奥行きの長さDPとしたとき、(DP−L)>Lとする。クロスフローファン1の空気吸込口6側は、室内空気を吸込む吸込側風路Fが形成されているが、この吸込側風路Fには、熱交換器を配置することなく、室内空気をスムーズに翼3に吸込む構成である。一方、クロスフローファン1の空気吹出口5側は、ファン吹出風路と熱交換器を配設して熱交換する風路とで吹出側風路が形成されており、熱交換器を設置するスペースが必要となる。このため、吸込側風路Fよりも吹出側風路を長くしている。
即ち、(DP−L)>Lとなる位置にクロスフローファン1を配設することで、吸込み領域の翼3での入射角を小さくできると共に、熱交換領域を長くできるので、伝熱性能を確保できる。このことは、図11の構成においても同様である。
この発明の実施の形態4は熱交換器の構成に関するものであり、クロスフローファン1の吹出し側から室内ユニット7の空気吹出口5までの限られた空間で、熱交換効率の向上を図るものである。
図9では、上方側熱交換器15と下方側熱交換器16を共に2列9段、列ピッチ20.4mm、段ピッチ12.7mm、フィンピッチ1.3mmとし、全く同じ構成としている。冷房運転を行った場合、室内から空気吸込口6、クロスフローファン1を通過した空気は熱交換器15、16を通過する際に冷却され、凝縮して水滴が生成される。上方側熱交換器15で生成された水滴は、重力により、いずれ下方側熱交換器16へ落下する。下方側熱交換器16においても同様に水滴は生成されるので、上方側熱交換器15よりも下方側熱交換器16の方が水滴が溜まりやすく、熱交換器の通風抵抗が大きくなる。このため、下方側熱交換器16の方が、上方側熱交換器15よりも熱交換器を通過する風量が小さくなり、熱交換量が小さくなる。
図14はこの発明の実施の形態6に係る空気調和機の室内ユニットを示す断面構成図である。図において、図9と同一符号は同一、または相当部分を示す。上方側熱交換器15と下方側熱交換器16において、熱交換器のフィンの長手方向端面と水平方向とのなす角度βをそれぞれ例えば10°程度としている。図において、点Pは上方側熱交換器15の上端、点Qは下方側熱交換器16の下端、点Xはケーシング9の最下流の点、点Yは点Xから引いた垂線とノーズ8の交点である。18はドレンパンの機能も兼ねている風路部材である。ファン吹出口20の高さ方向の距離がX−Yで表され、熱交換器15、16の高さ方向の距離がP−Qで表される。クロスフローファン1の吹出側風路において、クロスフローファン1からファン吹出口20までのファン吹出風路19は略同一の断面積で構成され、この部分から下流側、即ちファン吹出口20から空気吹出口5までは、ファン吹出風路19よりも大きな断面積の風路となっている。
例えば、β=90°の場合は、水滴は熱交換器の段方向の向きに落下するのでフィン面の長手方向に伝い、なかなかフィン面から落下しない。これに対し、β=0°の場合は、段方向ではなく、列方向の向きに落下する。ここで、段方向とは隣の段に向かう方向であり、列方向とは隣の列に向かう方向である。一般に空気調和機に用いられる熱交換器は段数よりも列数の方が少ない。このため、隣の列に向かって列方向に落下する方が段方向に落下するよりも、水滴が生成されてからドレンパン18に落下するまでの時間が短くなり、熱交換器15、16の通風抵抗が増大するのを抑制できる。
さらに、熱交換器15、16の傾斜角度βを小さく構成して熱交換器高さPQと、ファンからの吹出口高さXYを略等しくすることにより、伝熱性能を向上できる。
この発明の実施の形態7では、変向板11の作用効果について詳しく説明する。図15はこの発明の実施の形態7に係る空気調和機の室内ユニット7を示す断面構成図である。図において、図9と同一符号は同一、または相当部分を示す。この構成のV字形状の熱交換器15、16は、例えば水平方向からの傾斜角度βをそれぞれ25°程度とし、ファン吹出口20よりも下流側でファン吹出風路19よりも風路面積が広がった部分の吹出側風路の風路壁に固定されている。この様な構成の場合には、ケーシング9の凸部9aの最も突出した位置よりも上方に熱交換器の一部が配置される。この図では上方側熱交換器15の上半分以上がケーシング9の最も突出した凸部9aよりも上方に位置している。ファン吹出口20から上方に吹出される気流がこの部分の熱交換器に流れるのであるが、ファン吹出口20から水平に流れる気流や下方に流れる気流よりも流れにくい構成となっている。
これに対し、変向板ありの場合には、熱交換器の段毎の通過風量が均一化されている。これは、変向板11によってファン吹出口20付近における気流が広角に変向されて、熱交換器の領域Aに流れやすくなったためである。
なお、風路の形状によっては、変向板11を設ける必要がない。変向板11は上記で説明したように、熱交換器15、16の上端部が、ケーシング9の凸部9aよりも上方に配置している場合に有効であり、熱交換器15、16の上端部と下端部の幅が大きいとき、例えばファン径の1.5倍程度よりも大きいときに効果がある。図14のように、熱交換器15、16の上端部と下端部の幅が、ファン吹出風路19と同程度の場合には、変向板11を設ける必要はない。
図17はこの発明の実施の形態8に係る空気調和機の室内ユニットを示す断面構成図である。図において、図15と同一符号は同一、または相当部分を示す。図において、変向板11の前縁に逆流防止板21を設けている。変向板11及び逆流防止板21を拡大した斜視図を図18に示す。
角度γ<35°、またはγ>150°の場合は、逆流が生じたが、35°≦γ≦150°の場合は逆流が生じなかった。また、逆流防止板21の長さを5mm、厚さ2mmとした場合は、25°≦γ≦160°の場合は逆流が生じなかった。これより、逆流防止板21の長さを3mm以上とし、35°≦γ≦150°の角度で変向板11の前縁に設けた場合に逆流が生じないという結果が得られた。計測結果から、逆流防止板21の長さを長くすれば、角度γの範囲は広くなり、変向板11からの角度を寝かせることができ、また、逆流防止板21の長さを短くすれば、角度γの範囲は狭くなり、変向板11からの角度を起こして設ければよい。
図19はこの発明の実施の形態9に係る空気調和機の室内ユニットのケーシング部材を示す斜視図であり、図19(a)は図14に示した構成の室内ユニット7を構成するケーシング部材、図19(b)は本実施の形態で、図19(a)に改良を加えた構成のケーシング部材である。図において、図14と同一符号は同一、または相当部分を示す。
図20は、この発明の実施の形態10に係るクロスフローファン1の円周上に複数設けられている翼3の一枚を拡大して示す説明図である。図において、図4と同一符号は同一、または相当部分を示す。複数の翼3は外周側の端部で回転方向に前傾し、回転軸方向には同様の断面形状で伸びた形状である。1aは翼3の外周側端部3aを通り、クロスフローファン1の回転中心を中心とする円弧、1bは翼3の内周側端部3bを通り、クロスフローファン1の回転中心を中心とする円弧であり、出口角θ1は翼3の反り線と円弧1aの接線とのなす角度、入口角θ2は翼3の反り線と円弧1bの接線とのなす角度である。
実施の形態10では、図20における出口角θ1について述べたが、実施の形態11では、入口角θ2について述べる。
出口角β1を18°に固定し、入口角θ2を70〜110°の範囲で変化させたときの騒音値を図23、ファンモータ入力を図24に示す。図23において、横軸は入口角θ2(deg.)、縦軸はファン入力(W)である。ただし、空気吹出口5における室内ユニット7からの吹出し風量を12m3/minとした時の計測値である。
2 熱交換器
3 翼
4 空気清浄装置
5 空気吹出口
6 空気吸込口
7 室内ユニット
8 ノーズ
9 ケーシング
11 変向板
15 上方側熱交換器
16 下方側熱交換器
17 補助熱交換器
18 ドレンパン
19 ファン吹出風路
20 ファン吹出口
21 逆流防止板
24 抵抗体
Claims (12)
- 天井の外側または天井の内側に設置される室内ユニットの下面または側面に設けられた空気吸込口と、前記空気吸込口の位置から垂直方向の距離よりも水平方向に離れた位置に設けられた空気吹出口と、前記空気吸込口と前記空気吹出口とを連結する風路と、前記風路内の前記空気吸込口側に設けられ前記空気吸込口から前記空気吹出口に室内空気を送風するクロスフローファンと、前記クロスフローファンと前記空気吹出口の間に設けられ、前記クロスフローファンの回転軸方向に複数のフィンを並設し、フィン面を通過する空気と配管内を流れる冷媒とで熱交換を行う熱交換器と、を備え、前記空気吸込口から前記クロスフローファンに直接室内空気を吸込んで前記クロスフローファンを通過させた後、前記熱交換器で熱交換して前記空気吹出口から吹出すことを特徴とする空気調和機。
- 一端が前記空気吸込口近傍に配置されると共に他端が前記クロスフローファンの円周近傍に配置され、前記風路を前記クロスフローファンの吸込側風路と吹出側風路とに仕切るノーズと、前記クロスフローファンの吹出し側に設けられ前記クロスフローファンから吹出す気流を安定させるように前記気流の吹出し方向に沿って風路側に突出する凸部を有するケーシングと、を備え、前記クロスフローファンから吹出した室内空気を、前記前記ケーシングと前記ノーズで構成されるファン吹出風路に通過させた後、前記ケーシングの凸部近傍から下流側に配置された前記熱交換器で熱交換することを特徴とする請求項1記載の空気調和機。
- 前記クロスフローファンのファン径をD、前記室内ユニットの筐体の高さをHとしたとき、0.5≦D/H≦0.7の範囲になるように構成したことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の空気調和機。
- 前記ケーシングの凸部付近の風路に設けられ、気流を広角にして流す変向板を備えたことを特徴とする請求項2または請求項3に記載の空気調和機。
- 前記変向板の気流の前縁に前記気流に対して抵抗となるように設けられ、下流側から上流側への逆流を防止する逆流防止板を備えたことを特徴とする請求項4記載の空気調和機。
- 前記ケーシングの凸部であって、前記クロスフローファンの回転軸方向の両端部及び中央部のうちの少なくとも1箇所に、前記凸部からさらに前記風路に突出して設けられ、下流側から上流側への逆流を防止する抵抗体を備えたことを特徴とする請求項2乃至請求項5のいずれか1項に記載の空気調和機。
- 前記熱交換器は、水平方向に突出するようなV字状であることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の空気調和機。
- 前記熱交換器の近傍に補助熱交換器を備え、伝熱面積を大きくすることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の空気調和機。
- 下方側に配置される熱交換器の通風抵抗を、上方側に配置される熱交換器の通風抵抗よりも小さく構成したことを特徴とする請求項7または請求項8に記載の空気調和機。
- 前記熱交換器のフィンの長手方向端面と水平方向とのなす角度が25°以下になるように前記熱交換器を構成したことを特徴とする請求項7乃至請求項9のいずれか1項に記載の空気調和機。
- 前記クロスフローファンの円周上に回転方向に前傾する複数の翼を備え、前記翼の外周側先端を結んでできる円弧と前記翼の反り線との成す角度θ1を、12°≦θ1≦27°の範囲になるように構成したことを特徴とする請求項1乃至請求項10のいずれか1項に記載の空気調和機。
- 前記クロスフローファンの円周上に回転方向に前傾する複数の翼を備え、前記翼の内周側先端を結んでできる円弧と前記翼の反り線との成す角度θ2を、80°≦θ2≦100°の範囲になるように構成したことを特徴とする請求項1乃至請求項11のいずれか1項に記載の空気調和機。
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