JP2009085536A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】室内の隅々まで空気を送風するために、例えば、風の方向を左右方向に大きく偏向させる方向に左右羽根を大きく回動させても、空気が隣接した左右羽根の間を通過するときに生じる圧力損失の増大を抑制することができる空気調和機を得る。
【解決手段】吹出し口２に設けられ、ファン５により発生する風の方向を偏向させて制御する左右風向制御装置７を備え、左右風向制御装置７は、吹出し口２の底面２ａに設けられた左右回転羽根回転軸１１を中心に回動して風の方向を左右方向に偏向させる複数の左右回転羽根１２ａと、左右回転羽根１２ａの上流側に設けられ、左右回転羽根１２ａの上流側の端部へ向かう風の流速を低下させる平板１２ｂとを有し、この平板１２ｂに衝突した空気は所定の間隔をおいて隣接した左右回転羽根１２ａの間を通過する。
【選択図】図１

Description

この発明は、ファンにより発生する風の方向を偏向させて制御する風向制御装置を備えた空気調和機に関する。

従来、吹出し口に設けられ、ファンにより発生する風の方向を上下方向および左右方向へ偏向可能な風向偏向手段を備えた空気調和機において、前記風向偏向手段は、前記吹出し口に設けられた、上下羽根回転軸を中心に回動して前記風の方向を上下方向に偏向させる上下羽根と、前記吹出し口に左右方向に所定の間隔をおいて設けられた、左右羽根回転軸を中心に回動して前記風の方向を左右方向に偏向させる複数の左右羽根とを備えたことを特徴とする空気調和機が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−５０５７９号公報

しかしながら、このものの場合、室内の隅々まで空気を送風するために、例えば、風の方向を左右方向に大きく偏向させる方向に左右羽根を大きく回動させると、空気が隣接した左右羽根の間を通過するときに、空気の縮流が大きくなり、圧力損失が増大してしまうという問題点があった。

この発明は、上述のような問題点を解決することを課題とするものであって、その目的は、室内の隅々まで空気を送風するために、例えば、風の方向を左右方向に大きく偏向させる方向に左右羽根を大きく回動させても、空気が隣接した左右羽根の間を通過するときに生じる圧力損失の増大を抑制することができる空気調和機を提供するものである。

この発明に係る空気調和機は、吹出し口に設けられ、ファンにより発生する風の方向を偏向させて制御する風向制御装置を備え、前記風向制御装置は、前記吹出し口を区画する壁に設けられた回転羽根回転軸を中心に回動して前記風の方向を一方向に偏向させる複数の回転羽根と、前記回転羽根の上流側に設けられ、前記回転羽根の上流側の端部へ向かう前記風の流速を低下させる流速低下手段とを有し、前記流速低下手段に衝突した前記風の空気は、所定の間隔をおいて設けられた前記回転羽根の間を通過する。

この発明に係る空気調和機によれば、室内の隅々まで空気を送風するために、例えば、風の方向を左右方向に大きく偏向させる方向に左右羽根を大きく回動させても、空気が隣接した左右羽根の間を通過するときに生じる圧力損失の増大を抑制することができる。

以下、この発明の各実施の形態を図に基づいて説明するが、各図において、同一または相当の部材、部位については、同一符号を付して説明する。
各実施の形態では、図２（ａ）の矢印Ａの方向を上下方向、紙面に垂直な方向を左右方向と呼ぶ。
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る空気調和機の左右風向制御装置７を示す斜視図、図２（ａ）は図１の左右風向制御装置７の取り付け位置を示す説明図である。
実施の形態１に係る空気調和機は、外部から空気を吸い込む吸込み口１、この吸込み口１から吸い込まれた空気を外部へ吹き出す吹出し口２、吸込み口１と吹出し口２とを連通させた送風路３がそれぞれ形成されたケース４を備えている。
また、この空気調和機は、送風路３の内部に設けられ風を発生させるファン５と、吸込み口１とファン５との間に設けられ、吸込まれた空気と熱交換を行う熱交換器６と、吹出し口２に設けられ、風の方向を一方向である左右方向に偏向させて制御する左右風向制御装置７と、この左右風向制御装置７より下流側の吹出し口２に設けられ、左右方向に垂直な他方向である上下方向に偏向させて風の方向を制御する上下風向制御装置８とを備えている。

上下風向制御装置８は、吹出し口２の側面から水平方向に延びて設けられた上下回転羽根回転軸９を中心に上下方向に回動する上下回転羽根１０を有している。
左右風向制御装置７は、吹出し口２の底面２ａに形成された左右羽根回転軸受２ｂに回動自在に支持された複数の左右回転羽根回転軸１１と、それぞれの左右回転羽根回転軸１１に固定されこの左右回転羽根回転軸１１を中心に回動する複数の左右回転羽根１２ａと、それぞれの左右回転羽根１２ａの上流側であって、吹出し口２の底面２ａに垂直に立てられた複数の固定体である平板１２ｂとを有している。
平板１２ｂは、下流側の端部が左右回転羽根１２ａの上流側の端部に指向して配置されている。

図３は図１の左右回転羽根回転軸１１と平板１２ｂとの位置関係を示す平面図である。
それぞれの左右回転羽根１２ａは、吹出し口２の左右方向に所定の間隔をおいて配置されており、それぞれがヒンジ１３を介して、左右方向に延びた羽根リンク棒１４と連結されている。
羽根リンク棒１４は、吹出し口２の側面側に設けられたベーンモータ１５に連結されており、このベーンモータ１５の駆動により、羽根リンク棒１４は左右方向に移動して、左右回転羽根１２ａが左右方向に回動する。
左右回転羽根回転軸１１は、左右回転羽根１２ａのファン５側である上流側の端部に配置されているので、左右回転羽根１２ａが左右方向に回動しても、左右回転羽根１２ａの上流側の端部と平板１２ｂの下流側の端部との位置関係は変わらない。
左右回転羽根１２ａおよび平板１２ｂは、厚さが１ｍｍ程度に形成されている。なお、左右回転羽根１２ａおよび平板１２ｂの厚みは、この寸法に限定されないが、一般的には３ｍｍ以下が望ましい。
左右回転羽根１２ａおよび平板１２ｂは、樹脂から構成されている。なお、左右回転羽根１２ａおよび平板１２ｂの材料は、樹脂に限定されず、その他の材料であってもよい。

次に、実施の形態１に係る空気調和機の動作について説明する。
図４（ａ）は平板１２ｂが取り付けられていない空気調和機（以下、比較機という。）を用いて左右回転羽根１２ａＡを回動させて風の方向を偏向させた場合の左右風向制御装置７Ａの周囲の空気の流れを示す説明図、図４（ｂ）は実施の形態１に係る空気調和機を用いて左右回転羽根１２を回動させて風の方向を偏向させた場合の左右風向制御装置７の周囲の空気の流れを示す説明図である。
ここで、比較機における隣接した左右回転羽根回転軸１１Ａの間隔および実施の形態１に係る空気調和機における隣接した左右回転羽根回転軸１１の間隔を同一の距離Ｌとし、ファン５により発生する風の方向に対する左右回転羽根１２ａの傾き角度を同一の角度θとした。
比較機では、左右回転羽根１２ａＡを大きく回動させると、空気の流れが左右回転羽根１２ａＡの上流側の端部から大きく剥離するため、左右回転羽根１２ａＡの上流側の端部の下流側に空気が流れないよどみ領域３３Ａが生じ、空気の流路の幅ｈ１Ａは、隣接した左右回転羽根１２ａＡの間隔ｈより狭くなる。
一方、実施の形態１に係る空気調和機では、左右回転羽根１２ａを大きく偏向させると、比較機のものより、空気の流れは左右回転羽根１２ａの上流側の端部から小さく剥離するため、左右回転羽根１２ａの上流側の端部の下流側に生じるよどみ領域３３は比較機のよどみ領域３３Ａより小さくなる。
その結果、空気の流路の幅ｈ１は、比較機における空気の流路の幅ｈ１Ａより大きくなり、左右回転羽根１２ａを大きく回動させたときに、空気が隣接した左右回転羽根１２ａの間を通過するときの圧力損失の増大を抑制することができる。

次に、実施の形態１に係る空気調和機におけるよどみ領域３３が、比較機におけるよどみ領域３３Ａより小さくなる理由について説明する。
図５（ａ）は比較機における左右風向制御装置７Ａの周囲の空気の流速分布を示す説明図、図５（ｂ）は実施の形態１に係る空気調和機における左右風向制御装置７の周囲の空気の流速分布を示す説明図である。
比較機では、ファン５により発生した空気の流速は、吹出し口２の左右方向においてほぼ均一となるので、左右回転羽根１２ａＡの上流側の近傍における空気の流速の分布は、左右方向において流速がほぼ均一である流速分布２３ａＡのようになる。
したがって、左右回転羽根１２ａＡの上流側の端部の近傍を通過した空気の流れは、左右回転羽根１２ａＡの上流側の端部から大きく剥離して、左右回転羽根１２ａＡの上流側の端部の下流側によどみ領域３３Ａが生じる。

一方、実施の形態１に係る空気調和機では、ファン５により発生した空気の流速は、比較機と同様に、吹出し口２の左右方向においてほぼ均一となるので、平板１２ｂの上流側の近傍における空気の流速の分布は、左右方向において流速がほぼ均一である流速分布２３ａのようになる。
しかしながら、平板１２ｂの上流側の端部では、空気が平板１２ｂの上流側の端部に衝突して停止し、空気の速度境界層が発達して、空気の流速の分布は流速分布２３ｂのようになる。
平板１２ｂは平板１２ｂの傾きがファン５により発生した空気の流れの方向に沿って配置されているので、平板１２ｂの上流側の端部に衝突した空気は平板１２ｂの面からほとんど剥離せずに流れ、平板１２ｂによる空気の流れの圧力損失の増大はほとんどない。
平板１２ｂを通過した後の空気の流速の分布は流速分布２３ｂの状態に維持されるので、左右回転羽根１２ａの上流側の近傍における空気の流速の分布は流速分布２３ｃのようになる。
左右回転羽根１２ａの上流側の端部の近傍を通過する空気の流れが遅ので、左右回転羽根１２ａの上流側の端部の近傍を通過した空気の流れは、左右回転羽根１２ａの上流側の端部からの剥離が小さくなり、左右回転羽根１２ａの上流側の端部の下流側に生じるよどみ領域３３は、比較機のものより小さくなる。
したがって、実施の形態１に係る空気調和機の左右風向制御装置７では、比較機のものより、風の方向を偏向する際に生じる空気の流れの縮流が抑制されるので、圧力損失の増大が抑制される。

次に、左右回転羽根１２ａと平板１２ｂとの位置関係および左右回転羽根１２ａと平板１２ｂとの寸法について説明する。
図６は左右回転羽根１２ａを偏向させていないときの左右回転羽根１２ａと平板１２ｂとの位置関係を示す平面図である。
ここで、平板１２ｂの流路方向の長さをＬ１、左右回転羽根１２ａの流路方向の長さをＬ２、平板１２ｂの下流側の端部と左右回転羽根１２ａの上流側の端部との間の距離をＬＡとする。
図７は図６の左右回転羽根１２ａおよび平板１２ｂを用いて、吹出し口２から室内に吹き出された空気の流れの左右風向偏向角と左右風向偏向装置の圧力損失との関係をシミュレーションした結果を示す図である。
このシミュレーションでは、Ｌ１を１０ｍｍ、左右回転羽根１２ａの回動角度を４５度とし、左右回転羽根１２ａの長さＬ２をパラメータとしている。
図７からわかるように、左右回転羽根１２ａの長さＬ２の長さに関らず、実施の形態１に係る空気調和機は、比較機と比較して、低い圧力損失で左右方向へ風の方向を偏向させることができる。

図８は図６の左右回転羽根１２ａおよび平板１２ｂを用いて、平板１２ｂの長さＬ１をパラメータとした場合の左右風向制御装置７の圧力損失をシミュレーションした結果を示す図である。
ここで、左右回転羽根１２ａの回動角度を４５度、吹出し口２から吹き出された空気の流れの左右風向偏向角を４０度とする。
図８からわかるように、Ｌ１が１０ｍｍ以上であれば、圧力損失を十分に抑制することができることがわかる。
なお、左右風向偏向角を４０度としたが、どのような角であっても同様の傾向となるので、Ｌ１は１０ｍｍ以上であればよい。

平板１２ｂと左右回転羽根１２ａとの距離ＬＡは、大きすぎると、左右回転羽根１２ａの上流側の端部の表面での空気の流れが低下せず、圧力損失の増大を抑制する効果が低下する。
つまり、左右回転羽根１２ａの上流側の端部と平板１２ｂの下流側の端部との距離ＬＡは、近いほど効果があり、一般的には、ＬＡ＜１０ｍｍが望ましい。

図９は左右回転羽根１２ａに対する平板１２ｂの左右方向の位置関係を示す説明図である。
平板１２ｂの下流側の端部が、左右回転羽根１２ａの上流側の端部に指向しているときが最も効率がよい。
左右回転羽根１２ａと平板１２ｂとの左右方向のずれ幅ＬＬは、一般的には、ＬＬ＜５ｍｍが望ましい。

以上説明したように、実施の形態１に係る空気調和機によれば、左右回転羽根１２ａの上流側に、左右回転羽根１２ａの上流側の端部へ向かう風の流速を低下させる平板１２ｂが設けられているので、左右回転羽根１２ａを大きく回動させたときに、左右回転羽根１２ａの上流側の端部の下流側に生じる空気が流れないよどみ領域３３の発生を小さくして、隣接した左右回転羽根１２ａの間を空気が通過するときに生じる圧力損失の増大を抑制することができる。

また、左右回転羽根回転軸１１は、左右回転羽根１２ａの上流側の端部に配置され、平板１２ｂは左右回転羽根１２ａの上流側に固定されているので、左右回転羽根１２ａをどの方向に回動させても、平板１２ｂは左右回転羽根１２ａの上流側に位置して、左右回転羽根１２ａの上流側の端部の下流側に生じるよどみ領域３３を小さくすることができる。

また、固定体は、平板１２ｂであるので、平板１２ｂの上流側の端部に空気が衝突することで生じる圧力損失を小さくすることができる。

また、平板１２ｂの下流側の端部が、左右回転羽根１２ａの上流側の端部に指向しているので、平板１２ｂは、常に、左右回転羽根１２ａの上流側の端部に衝突する風の流速を低下させることができる。

図１０は実施の形態１に係る空気調和機の左右風向制御装置７の他の例を示す斜視図である。
吹出し口２の底面２ａには、円筒形状の台座１６が固定され、この台座１６に形成された左右回転羽根回転軸受１６ａに左右回転羽根回転軸１１が回転自在に支持されている。
左右回転羽根回転軸１１の先端部には左右回転羽根１２ａが固定されており、左右回転羽根回転軸１１が台座１６に対して回動すると、連動して左右回転羽根１２ａも回動する。
台座１６の周縁部であって、空気の流れの上流側には平板１２ｂが固定されている。
これにより、吹出し口２の底面２ａがどのような形状であっても、台座１６を設けることで、左右回転羽根１２ａおよび平板１２ｂを配置することができ、さらに、左右回転羽根１２ａをどのように回動させても、左右回転羽根１２ａの上流側の端部と平板１２ｂの下流側の端部とを常に近接させることができる。

実施の形態２．
図１１（ａ）は実施の形態２に係る空気調和機の左右風向制御装置７を示す平面図、図１２は図１１（ａ）の左右風向制御装置７を示す斜視図である。
固定体は、吹出し口２の底面２ａであって左右回転羽根１２ａの上流側に設けられた円柱１２ｃである。
円柱１２ｃは、円柱１２ｃの中心線が左右回転羽根回転軸１１に対して平行であり、かつ、円柱１２ｃの近傍を通過する空気の流れが左右回転羽根１２ａの上流側の端部に向かうように配置されている。
円柱１２ｃの直径は、大きすぎると円柱１２ｃによる圧力損失が増大するので、１〜３ｍｍ程度が望ましいが、その他の寸法であってもよい。
円柱１２ｃは、樹脂から構成されているが、勿論このものに限らず、その他の材料であってもよい。
なお、固定体は、図１１（ｂ）に示すように、楕円柱１２ｄであってもよい。この場合、楕円柱１２ｄの長軸の延長線上に左右回転羽根１２ａの上流側の端部が位置するように楕円柱１２ｄを配置する。
また、固定体は、図１１（ｃ）に示すように、半楕円柱１２ｅであってもよい。この場合、半楕円柱１２ｅの先細部が空気の流れの上流側を向くように、半楕円柱１２ｅを配置する。
また、固定体は、図１１（ｄ）に示すように、三角柱１２ｆであってもよい。この場合、三角柱１２ｆの頂点の１つが空気の流れの上流側を向くように、三角柱１２ｆを配置する。
その他の構成は、実施の形態１と同様である。

次に、実施の形態２に係る空気調和機の動作について説明する。
図１３は図１１（ａ）の左右風向制御装置７の周囲の空気の流速分布を示す説明図である。
ファン５により発生した空気の流速は、吹出し口２の左右方向においてほぼ均一となるので、円柱１２ｃの上流側の近傍における空気の流速の分布は、左右方向において流速がほぼ均一である流速分布４３ａのようになる。
円柱１２ｃの上流側の端部では、空気が円柱１２ｃと衝突して停止し、速度境界層が発達して、空気の流速の分布は流速分布４３ｂのようになる。
円柱１２ｃを通過した後の空気の流速の分布は流速分布２３ｂの状態に維持されるので、左右回転羽根１２ａの上流側の近傍における空気の流速の分布は流速分布４３ｃのようになる。
円柱１２ｃは、実施の形態１における平板１２ｂより、空気の流れ方向に対して垂直な方向の断面積が大きいので、円柱１２ｃの下流側での空気の流速は、平板１２ｂの下流側での空気の流速より遅くなる。
つまり、左右回転羽根１２ａの上流側の端部からの空気の流れの剥離が、実施の形態１のものより小さくなり、左右回転羽根１２ａの上流側の端部の下流側に生じるよどみ領域３３も実施の形態１のものより小さくなる。
その結果、実施の形態２に係る空気調和機は、実施の形態１に係る空気調和機よりも、風の方向を偏向する際に発生する空気の流れの縮流をさらに抑制することができ、圧力損失の増大をさらに抑制することができる。

以上説明したように、実施の形態２に係る空気調和機によれば、固定体が円柱１２ｃであるので、実施の形態１に係る空気調和機よりも、左右回転羽根１２ａの下流側の表面に生じるよどみ領域３３を小さくして、圧力損失の増大を抑制することができる。

なお、上記各実施の形態では、吹出し口２の底面２ａに対して回動自在な左右回転羽根回転軸１１に固定された左右回転羽根１２ａについて説明したが、吹出し口２の底面２ａに対して固定された左右回転羽根回転軸１１に対して回動自在に支持された左右回転羽根１２ａであってもよい。

また、上記各実施の形態では、回転羽根を左右回転羽根１２ａとして説明したが、勿論このものに限らず、回転羽根を、例えば、風の方向を上下方向に偏向させる上下回転羽根１０としてもよい。

また、上記各実施の形態では、吹出し口２の底面２ａに設けられた左右風向制御装置７について説明したが、図２（ｂ）に示すように吹出し口２の天面２ｃに設けられた左右風向制御装置７であってもよい。

実施の形態１に係る空気調和機の左右風向制御装置を示す斜視図である。 図２（ａ）は図１の左右風向制御装置の取り付け位置を示す説明図、図２（ｂ）は図２（ａ）の左右風向制御装置の他の取り付け位置を示す説明図である。 図１の左右回転羽根回転軸と平板との位置関係を示す平面図である。 図４（ａ）は比較機を用いて左右回転羽根を回動させた場合の左右風向制御装置の周囲の空気の流れを示す説明図、図４（ｂ）は実施の形態１に係る空気調和機を用いて左右回転羽根を回動させた場合の左右風向制御装置の周囲の空気の流れを示す説明図である。 図５（ａ）は比較機における左右風向制御装置の周囲の空気の流速分布を示す説明図、図５（ｂ）は実施の形態１に係る空気調和機における左右風向制御装置の周囲の空気の流速分布を示す説明図である。 図６は左右回転羽根を偏向させていないときの左右回転羽根と平板との位置関係を示す平面図である。 図６の左右回転羽根および平板を用いて、吹出し口から室内に吹き出された空気の左右風向偏向角と左右風向偏向装置の圧力損失との関係をシミュレーションした結果を示す図である。 図６の左右回転羽根および平板を用いて、平板の長さをパラメータとした場合の左右風向制御装置の圧力損失をシミュレーションした結果を示す図である。 図９は左右回転羽根に対する平板の左右方向の位置関係を示す説明図である。 実施の形態１に係る空気調和機の左右風向制御装置の他の例を示す斜視図である。 図１１（ａ）は実施の形態２に係る空気調和機の左右風向制御装置を示す平面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の他の左右風向制御装置を示す平面図、図１１（ｃ）は図１１（ａ）のさらに他の左右風向制御装置を示す平面図、図１１（ｄ）は図１１（ａ）のまたさらに他の左右風向制御装置を示す平面図である。 、図１２は図１１（ａ）の左右風向制御装置を示す斜視図である。 図１１（ａ）の左右風向制御装置７の周囲の空気の流速分布を示す説明図である。

符号の説明

１ 吸込み口、２ 吹出し口、２ａ 底面、２ｂ 左右回転羽根回転軸受、２ｃ 天面、３ 送風路、４ ケース、５ ファン、６ 熱交換器、７ 左右風向制御装置、８ 上下風向制御装置、９ 上下回転羽根回転軸、１０ 上下回転羽根、１１ 左右回転羽根回転軸、１２ａ 左右回転羽根、１２ｂ 平板、１２ｃ 円柱、１２ｄ 固定楕円柱、１２ｅ 固定半楕円柱、１２ｆ 固定三角柱、１３ ヒンジ、１４ 羽根リンク棒、１５ ベーンモータ、１６ 台座、１６ａ 左右回転羽根回転軸受。

Claims (5)

1. 吹出し口に設けられ、ファンにより発生する風の方向を偏向させて制御する風向制御装置を備え、
   前記風向制御装置は、
   前記吹出し口を区画する壁に設けられた回転羽根回転軸を中心に回動して前記風の方向を一方向に偏向させる複数の回転羽根と、
   前記回転羽根の上流側に設けられ、前記回転羽根の上流側の端部へ向かう前記風の流速を低下させる流速低下手段とを有し、
   前記流速低下手段に衝突した前記風の空気は、所定の間隔をおいて設けられた前記回転羽根の間を通過することを特徴とする空気調和機。
2. 前記回転羽根回転軸は、前記回転羽根の上流側の端部に配置され、
   前記流速低下手段は、前記回転羽根の上流側に固定された固定体であることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記固定体は、平板であることを特徴とする請求項２に記載の空気調和機。
4. 前記平板は、前記平板の下流側の端部が前記回転羽根の上流側の端部に指向していることを特徴とする請求項３に記載の空気調和機。
5. 前記固定体は、前記回転羽根回転軸と平行に設けられた円柱であることを特徴とする請求項２に記載の空気調和機。

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