JP2007292443A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトでしかも空力性能が向上した空気調和装置を提供すること。
【解決手段】ほぼ直方体形状の筐体１と、筐体１内に設けられた熱交換器４と、外部から空気を吸い込み、熱交換器４で冷媒と熱交換された空気を外部に吹き出させる送風ファン７と、送風ファン７を取り囲むように筐体１に設けられて、外部に吹き出される空気を通す筒形のベルマウス２とを備え、送風ファン７の回転軸８方向と直交する方向の筐体１の断面の外周がほぼ長方形であり、ベルマウス２の筐体１側へ延びる吸込み側部分の形状がアール面２ａを有したラッパ形状に形成されており、筐体１の断面外周の短辺方向のアール面２ａの半径をＲｓ、長辺方向のアール面２ａの半径をＲｂとしたとき、０．２≦Ｒｓ／Ｒｂ、とした空気調和装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、送風ファンおよびベルマウスを備えた空気調和装置に関するものである。

従来の空気調和装置においては、断面がコの字形の熱交換器の主たる熱交換面を、断面長方形状の本体ケーシングの長辺部側開口部に対応させて設置し、同熱交換面を可及的に広く形成することによって、熱交換性能を向上させるとともに送風音を低減し、かつ風量アップのために、送風ファンの外径を本体ケーシングの短辺部側寸法から許容される最大の口径にし、さらに、周方向に変化する送風ファンの吸入気流に適切に対応できるように、上記送風ファンのベルマウスの空気吸込口側断面の曲率半径を、上記送風ファンの上流側にある断面コの字形の熱交換器の形状に合わせて非軸対称にし、省エネ性能の向上と機器コンパクト化の要求を両立させながら、風量特性の改善を図るようにしている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−１５６８７２号公報（第６〜８頁、図１および図３）

しかしながら、筐体の送風ファンの回転軸方向と直交する断面の短辺方向と長辺方向とで、ベルマウスの吸込み側アール面の半径が極端に異なると、風の流れが急激に曲げられるため、エネルギーの損失が大きくなって、空力性能が低下する。
また、風の流れが急激に曲げられることで渦が発生し、送風ファン、ファンガードなどに衝突することで、騒音が発生して騒音性能が悪化する。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、第１の目的は、空力性能の向上を図ることができる空気調和装置を提供することである。
また、第２の目的は、騒音性能の向上を図ることができる空気調和装置を提供することである。

本発明に係る空気調和装置は、ほぼ直方体形状の筐体と、前記筐体内に設けられた熱交換器と、外部から空気を吸い込み、前記熱交換器で冷媒と熱交換された空気を外部に吹き出させる送風ファンと、前記送風ファンを取り囲むように前記筐体に設けられて、前記外部に吹き出される空気を通す筒形のベルマウスとを備え、前記送風ファンの回転軸方向と直交する方向の前記筐体の断面の外周がほぼ長方形であり、前記ベルマウスの前記筐体側へ延びる吸込み側部分の形状がアール面を有したラッパ形状に形成されており、前記筐体の前記断面外周の短辺方向の前記アール面の半径をＲｓ、前記断面外周の長辺方向の前記アール面の半径をＲｂとしたとき、０．２≦Ｒｓ／Ｒｂ、としたものである。

本発明の空気調和装置は、送風ファンの回転軸方向と直交する方向の筐体断面の外周の短辺方向のアール面の半径をＲｓ、筐体の送風ファンの回転軸方向と直交する断面外周の長辺方向のアール面の半径をＲｂとしたとき、０．２≦Ｒｓ／Ｒｂ、としたことで、風の流れの急激な曲がりが防止される。これにより、コンパクトな形状で、しかも空力性能および騒音性能の向上を図ることができる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る空気調和装置を縦置き配置した状態の背面図、図２は図１の側面図、図３は図１の上面図、図４は図３のベルマウスのＡ−Ａ部の吸込み側アール面形状を示す説明図（ａ）と、ベルマウスのＢ−Ｂ部の吸込み側アール面形状を示す説明図（ｂ）である。
この空気調和装置は、ほぼ直方体形状の筐体１と、筐体１内に設けられた熱交換器４と、外部から空気を吸い込み、熱交換器４で冷媒と熱交換された空気を外部に吹き出させる送風ファン（例えばプロペラファン）７と、送風ファン７を取り囲むように筐体１の上部に設けられて、外部に吹き出される空気を通す筒形のベルマウス２と、ファンガード３とを備えている。
筐体１の送風ファン７の回転軸８方向と直交する方向の断面の外周はほぼ長方形であり、短辺部Ｌｓと長辺部Ｌｂとを有している。
ベルマウス２は、吸込み側アール面２ａと、吸込み側アール面２ａの始点２ｄから水平面に対し垂直に上方に伸びるストレート部２ｂと、吸込み側アール面２ａの終点２ｅから筐体１の水平断面形状の外寸とほぼ同じ外寸の水平面部２ｃを持つ。そして、それらにより、ベルマウスの筐体１側へ延びる吸込み側部分の形状がアール面を有したラッパ形状に形成されている。
また、筐体１の下部から上方に向けて、水平断面（送風ファン７の回転軸８方向と直交する方向の断面）形状がほぼコ字形状の熱交換器４が設置されている。
さらに、熱交換器４の上方にはモータサポート５が設けられ、このモータサポート５にはファンモータ６が固定され、ファンモータ６に回転軸８を介して送風ファン７が取り付けられている。

熱交換器４は、筐体１の送風ファン７の回転軸８方向と直交する断面の短辺部Ｌｓに位置する熱交換器左側面部４ａから始まり、上記断面の長辺部Ｌｂに位置する熱交換器背面部４ｂを通り、他方の短辺部Ｌｓに位置する熱交換器右側面部４ｃまでつづく、ほぼコ字形状に配置されている。すなわち、この熱交換器４は、筐体１の周囲を構成する４つの面のうちの３つの面に対応した面を持っている。

ベルマウス２は、図３、図４に示すように、送風ファン７の中心を通り、筐体１の送風ファン７の回転軸８方向と直交する断面の外周長辺方向に平行な線とベルマウス２とが交わる部分のアール面半径Ｒｂを最大アール面半径とし、送風ファン７の中心を通り、上記断面の外周短辺方向に平行な線とベルマウス２が交わる部分のアール面半径Ｒｓを最小アール面半径としている。また、ベルマウス２の周方向のアール面半径は、その大きさが、最大アール面半径Ｒｂから最小アール面半径Ｒｓに向けて次第に小さくなり、かつその曲面が滑らかに連続するようになっている。

ベルマウス２の吸込み側アール面２ａは、アール面半径Ｒｓを小さくし、アール面半径Ｒｂを大きくしており、それらの比（Ｒｓ／Ｒｂ）が、０．２以上となっている。

なお、アール面半径Ｒｓは、成型のしやすさより、Ｒｓ≧１［ｍｍ］となっているが、ベルマウス２の吸込み側アール面近傍の空気の流れや、空気の流れの乱れによる騒音悪化の面から考えると、Ｒｓ≧１０［ｍｍ］となるのがより望ましい。

次に図１の空気調和装置の動作について説明する。
上記のように構成された筐体１においては、ファンモータ６の駆動により回転軸８を介して送風ファン７が回転する。それにより、筐体１の外部の空気が熱交換器４を通り、そこで熱交換されて筐体１の内部に入る。筐体１の内部に入った空気は、送風ファン７の下方からベルマウス２により縮流されながら上方に向けて流れ、ファンガード３を通り、筐体１の外部に吹出される。

図５に、筐体１の短辺部Ｌｓと長辺部Ｌｂのベルマウス２の吸込み側アール面２ａの半径が極端に異なる場合（実線２ｆで示す）と、極端には異ならない場合（破線２ｇで示す）の吸込み側アール面２ａの水平断面を示す。なお、図５中の矢印は、ベルマウス２近傍における風の流れを示す。

図５に示すように、筐体１の短辺部Ｌｓと長辺部Ｌｂのベルマウス２の吸込み側アール面２ａの半径が極端に異なると、風の流れが急激に曲げられ、エネルギーの損失が大きくなる。その結果として、空力性能が低下する。

また、風の流れが急激に曲げられることで渦が発生し、送風ファン７、ファンガード３などに衝突することで、騒音が発生して騒音性能が悪化する。

しかしながら本実施の形態１では、ベルマウス２の吸込み側アール面２ａは、アール面半径Ｒｓに対してアール面半径Ｒｂを大きくして、それらの比（Ｒｓ／Ｒｂ）を０．２以上としてその相違を小さくしているため、空力性能を向上することができる。

図６に、アール面半径Ｒｓ＝１０［ｍｍ］における、アール面半径Ｒｓとアール面半径Ｒｂの比（Ｒｓ／Ｒｂ）の違いによる空力性能の実験結果を示す。横軸は、Ｒｓ／Ｒｂの、縦軸は、送風ファン７の回転数が同一回転数における各風量とその中の一番小さい風量との比である。
図６は０．２≦Ｒｓ／Ｒｂ≦１．０の範囲におけるデータであるが、Ｒｓ／Ｒｂが０．２より小さい範囲においては、急激に空力性能が低下しており、０．２≦Ｒｓ／Ｒｂ≦１．０の範囲においては、空力性能がほぼ変わらないことがわかる。また、騒音に関しても、０．２≦Ｒｓ／Ｒｂ≦１．０の範囲において性能がほぼ変わらない。
なお、ファンモータ６の入力に関しては、０．２≦Ｒｓ／Ｒｂ≦１．０の範囲において、Ｒｓ／Ｒｂが小さい方が若干低入力となる。

さらに、空力性能が向上したことにより、同一風量を確保するのに回転数を下げることができ、送風ファン７の回転から発生する騒音を低減させることができる。

実施の形態２．
図７は本発明の実施の形態２における熱交換器４の水平断面形状（送風ファン７の回転軸８方向と直交する方向の熱交換器４の断面形状）を示す上面図、図８は他の熱交換器４の縦断面形状を示す側面図である。
実施の形態１では熱交換器４の水平断面形状はほぼコ字形（コの字形状）であるが、実施の形態２では実施の形態１と異なる断面形状の熱交換器４を配置した。たとえば、図７（ａ）では熱交換器４の水平断面形状が筐体１の周囲を構成する４つの面に対応した面を持つほぼロ字形（ロの字形状）をなし、図７（ｂ）では熱交換器４の水平断面形状が筐体１の周囲を構成する４つの面のうちの対向する２つの面に対応した面を持つほぼニ字形（ニの字形状）をなす。さらに、図８では熱交換器４の縦断面形状がほぼレの字形をなす。 図７、図８のような熱交換器４の断面形状であっても、筐体１の水平断面形状は、短辺部Ｌｓと長辺部Ｌｂを備えるほぼ長方形の形状となる。これらの熱交換器４の断面形状を使用した場合にも、ベルマウス２に実施の形態１の対策を施すことにより、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

たとえば、図７（ａ）の場合においては、空気は筐体１の外部四方向より筐体１の内部に入り、ベルマウス２を通る。この際においても、Ｒｓ／Ｒｂの値が小さいと、図５に示すように風の流れが急激に曲げられ、エネルギーの損失が大きくなる。その結果として、空力性能が低下する。また、風の流れが急激に曲げられることで渦が発生し、送風ファン７、ファンガード３などに衝突して騒音が発生し、騒音性能が悪化する。しかし、ベルマウス２に実施の形態１の対策を施すことにより、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
図９は本発明の実施の形態３におけるベルマウス２の吸込み側アール面の終点高さを示す説明図である。
実施の形態１では、ベルマウス２の吸込み側のアール面半径について改善したものであるが、実施の形態３では、図９に示すように、ベルマウス２の吸込み側アール面の終点（吸込み側アール面の筐体１側及び熱交換器４側の終点）２ｅを全周にわたって同じ高さ位置で終わるようにしたものである。
ベルマウス２の吸込み側アール面２ａの熱交換器４側の終点が、全周にわたって高さが異なる場合は、意匠性が悪いだけでなく部品の共通化（例えば四隅の柱などの共通化）が困難になる。また、部品自身のバランスが悪い（例えば四隅の高さが違うなど）ために、平面や段積みで保管できず、空間を無駄に使用するため保管や移動にコストがかかる。また、筐体１の段積みを考えた場合には、ベルマウスの水平面部２ｃの高さが異なるために、異なる高さの梱包材が必要になりその共通化ができない。
しかし、ベルマウス２の吸込み側アール面２ａの熱交換器４側の終点を全周にわたって同じ高さにすることで、意匠性が向上し部品の共通化が図れる。また、図３のハッチング部分であるベルマウス２の水平面部２ｃが同一高さで確保できる。そのため、ベルマウス２の水平面部２ｃに梱包材などを置くだけの十分な面積が確保でき、段積み性が向上する。また、必要な高さが全周にわたって同じであるため、梱包材などの共通化を図ることもできる。

実施の形態４．
図１０は本発明の実施の形態４におけるベルマウス２の吸込み側アール面２ａの範囲を示す断面図である。
実施の形態１では、ベルマウス２の吸込み側のアール面半径について改善したものであるが、実施の形態４では、図１０に示すベルマウス２の吸込み側アール面２ａの範囲（角度）を規定するものである。
ベルマウス２の吸込み側アール面２ａの範囲を規定しない場合には、図１１に示すようなベルマウス２の水平面部２ｃ周辺付近に、下方に突出した凸部が生じる可能性がある。そのような凸部があると、ベルマウス２の水平面部２ｃが占める割合は、この凸部により減少する。そのため、このベルマウス２の水平面部２ｃに梱包材などを配置するスペースが減少して段積み性が悪化する。
また、回転軸８に平行な断面で空気の流れをみると、筐体１内のベルマウス２の水平面部２ｃ近傍の空気の流れは、ベルマウス２の水平面部２ｃに沿って流れている流れが、その凸部により下方に流れの向きを変える。空気の流れが向きを変えることで、無駄にエネルギーを消費するため、同じ量の空気を搬送するのに必要なエネルギーは増加する。
さらに、ベルマウス２の水平面部２ｃより下方に離れた空気の流れは、略直線的に上方のベルマウス２に向かって流れる。このため、ベルマウス２の水平面部２ｃ近傍の下方に向かう流れと、ベルマウス２の水平面部２ｃより下方に離れた場所の上方に向かう流れとが衝突し、この衝突により無駄にエネルギーが消費される。
加えて、流れの衝突は、空気の流れを乱し、渦が生成され、その渦が送風ファン７やファンガード３などに衝突することで、騒音が発生して騒音性能が悪化する。
このような事態を回避するため、ベルマウス２の吸込み側アール面２ａの始点２ｄを通る接線２ｈが、水平面に対して９０度となるようにベルマウス２の吸込み側アール面２ａの始点２ｄを決定し、ベルマウス２の吸込み側アール面２ａの始点２ｄから９０度以下の角度範囲を終点２ｅとし、その点より水平面部２ｃを備えるようにベルマウス２の吸込み側アール面２ａを設けるのが好ましい。
このようにすることで、図１１に示すようなベルマウス２の水平面部２ｃ周辺付近に、下方に突出した凸部が形成されなくなるため、ベルマウス２の水平面部２ｃがより多く確保でき、段積み性が向上する。また、ベルマウス２の、吸込み側アール面２ａとベルマウス２の水平面部２ｃとの間に下方に突出した凸部がないために、筐体１の内部の空気の流れが、ベルマウス２の下方に突出した凸部により乱されることもない。そのため、消費エネルギーの増加や騒音性能の悪化などの性能面の悪化を防止できる。

実施の形態５．
実施の形態１〜４では、空気調和装置を縦置き配置した状態（送風ファン７が筐体１の上方もしくは下方に配置され空気の流れが筐体１の上方もしくは下方に流れる）において説明したものであるが、実施の形態５では、空気調和装置を横置き配置（送風ファン７が筐体１の左側面部もしくは右側面部に配置され空気の流れが筐体１の側面方向に流れる）したものである。
横置き配置は、縦置き配置した空気調和装置を回転軸８方向と平行の面において９０度回転させた（回転軸８が垂直方向から水平方向を向くようにした）ものと考えられる。そのため横置きした場合も、縦置きした場合と同様の効果が得られる。また、縦置き配置した空気調和装置を、回転軸８方向と平行の面において９０度回転させた場合の熱交換器４の配置は、回転軸８方向と垂直の断面でみた場合に、図１２の断面図に示すように、コの字の配置となるが、これを回転軸８方向と平行の断面でみた場合にコの字の配置となるよう、図１３の断面図に示すように、熱交換器４を配置しても同様の効果が得られる。つまり、空気の流れが筐体１の上方や下方に流れる場合だけでなく、筐体１の側面方向に流れる場合にも同様の効果が得られる。

本発明の実施の形態１に係る空気調和装置を縦置き配置した状態の背面図。 図１の空気調和装置の側面図。 図１の空気調和装置の上面図。 図３のベルマウスの吸込み側アール面形状を示す説明図。 ベルマウス近傍の流れを示す水平断面図。 アール面半径比と風量比の実験結果を示す線図。 本発明の実施の形態２における熱交換器の水平断面形状を示す上面図。 本発明の実施の形態２における他の熱交換器の縦断面形状を示す側面図。 本発明の実施の形態３におけるベルマウスの吸込み側アール面の終点高さを示す説明図。 本発明の実施の形態４におけるベルマウスの吸込み側アール面の範囲を示す断面図。 実施の形態４におけるベルマウスの吸込み側アール面との比較に用いたベルマウスの吸込み側アール面の範囲を示す断面図。 本発明の実施の形態５における熱交換器の配置態様を示す断面図。 本発明の実施の形態５における熱交換器の別の配置態様を示す断面図。

符号の説明

１ 筐体、２ ベルマウス、２ａ 吸込み側アール面、２ｂ ストレート部、２ｃ 水平面部、２ｄ 吸込み側アール面の始点、２ｅ 吸込み側アール面の終点、３ ファンガード、４ 熱交換器、５ モータサポート、６ ファンモータ、７ 送風ファン、８ 回転軸。

Claims (7)

1. ほぼ直方体形状の筐体と、
   前記筐体内に設けられた熱交換器と、
   外部から空気を吸い込み、前記熱交換器で冷媒と熱交換された空気を外部に吹き出させる送風ファンと、
   前記送風ファンを取り囲むように前記筐体に設けられて、前記外部に吹き出される空気を通す筒形のベルマウスとを備え、
   前記送風ファンの回転軸方向と直交する方向の前記筐体の断面の外周がほぼ長方形であり、
   前記ベルマウスの前記筐体側へ延びる吸込み側部分の形状がアール面を有したラッパ形状に形成されており、
   前記筐体の前記断面外周の短辺方向の前記アール面の半径をＲｓ、前記断面外周の長辺方向の前記アール面の半径をＲｂとしたとき、０．２≦Ｒｓ／Ｒｂ、としたことを特徴とする空気調和装置。
2. Ｒｓ／Ｒｂ≦１．０、としたことを特徴とする請求項１記載の空気調和装置。
3. 前記ベルマウスの前記アール面の前記筐体側は、全周にわたって同じ高さ位置で終わっていることを特徴とする請求項１または２に記載の空気調和装置。
4. 前記ベルマウスの前記アール面の範囲が、９０°以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の空気調和装置。
5. 前記送風ファンの回転軸方向と直交する方向の前記熱交換器の断面形状が、前記筐体の周囲を構成する４つの面のうちの３つの面に対応した面を持つほぼコ字形であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の空気調和装置。
6. 前記送風ファンの回転軸方向と直交する方向の前記熱交換器の断面形状が、前記筐体の周囲を構成する４つの面に対応した面を持つほぼロ字形であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の空気調和装置。
7. 前記送風ファンの回転軸方向と直交する方向の前記熱交換器の断面形状が、前記筐体の周囲を構成する４つの面のうちの対向する２つの面に対応した面を持つほぼニ字形であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の空気調和装置。

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