JP2013072565A - 熱源機及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ファングリルの送風性能を向上することによってファン入力を低減できる熱源機及び冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、ファンとファングリルとを有する熱源機及び冷凍サイクル装置であって、前記ファングリルは、前記ファンによって作られる気流の主流を通過させる前面部と、前記主流の方向に沿って配置される側面部とを有し、前記前面部は、正面視四角形状を有し、前記側面部には、通風部が設けられ、前記前面部と前記側面部との間には、前記前面部及び前記側面部を通過する気流を整える気流調整部が設けられ、前記気流調整部は、前記主流の方向に沿う長さ寸法が厚み寸法よりも大きい板形状を有することを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、熱源機及び冷凍サイクル装置に関する。

近年、ヒートポンプ給湯機や空気調和機等の冷凍サイクル装置の省エネ性能向上はますます大きな課題となっており、これら冷凍サイクル装置を構成する熱源機のファン入力低減への期待も大きい。本技術分野の背景技術として、特開２０１０−１８１１１６号公報（特許文献１）がある。この公報には、送風グリル外周を形成するフレームに空気通路が構成される切り欠き部を設けたことを特徴とする空気調和機が記載されている。

特開２０１０−１８１１１６号公報

しかし、この公知例は、送風性能が十分に考慮されていなかった。具体的には、この公知例では、ファングリル側面に開口部を設けることで通風抵抗低下を図ったが、前面部と側面部を区切る部分における気流の乱れを抑える構造とはなっておらず、ファン入力が高くなる恐れがあった。

そこで、本発明は、ファングリルの送風性能を向上することによってファン入力を低減できる熱源機を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。

即ち、本発明は、ファンとファングリルとを有する熱源機であって、前記ファングリルは、前記ファンによって作られる気流の主流を通過させる前面部と、前記主流の方向に沿って配置される側面部とを有し、前記前面部は、正面視四角形状を有し、前記側面部には、通風部が設けられ、前記前面部と前記側面部との間には、前記前面部及び前記側面部を通過する気流を整える気流調整部が設けられ、前記気流調整部は、前記主流の方向に沿う長さ寸法が厚み寸法よりも大きい板形状を有することを特徴とする。

本発明によれば、通風抵抗を小さくすることによってファン入力を低減することができる。

実施例１に係る熱源機の全体の斜視図である。 実施例１に係る熱源機のファングリル全体の正面図である。 実施例１に係る熱源機においてを透視した斜視図である。 図３における３Ａ−３Ａ線断面を示す断面図である。 実施例１に係る熱源機のファングリルの角部側面図である。 実施例１に係る熱源機のファングリルの角部正面斜視図である。 実施例１に係る熱源機のファングリルの中心断面図である。 実施例２に係る熱源機のファングリルの中心断面図である。 実施例３に係る熱源機のファングリルの部分正面図である。

以下、図面を用いて実施例を説明する。

図１に示すように、熱源機１００は、前面側にフロントパネル１０１、ファングリル１０２が設けられ、ファン１０３が回転することによる通風によって熱交換器１０４での熱交換がなされている。なお、熱源機１００は、ヒートポンプユニットと呼ばれることもある。また、ファン１０３としては、具体的には、プロペラファンが用いられる。

熱交換器１０４は、伝熱管と熱交換フィンとから構成され、Ｌ字形に形成されて熱源機１００の背面及び側面にまたがって位置し、ファン１０３の吸込側に配置されている。熱交換器１０４では、ファン１０３により通風される空気と伝熱管内の熱媒体とが伝熱管及び熱交換フィンを介して熱交換する。

ファングリル１０２は、ファンによって作られる気流の主流１２０を通過させる前面部１０６と、主流の方向に沿って配置される側面部１０７とを有し、側面部１０７には、通風部が設けられる。具体的には、側面部１０７には、前面部１０６に沿い且つ側面部１０７に交差する方向に沿って板状の桟である側面桟２０３が複数配置されている。即ち、ファングリル１０２から放出される気流のうち前方への気流が主流１２０であり、その他の気流としては、側方への気流１１０として角部での気流１１１、側面中心での気流１１３、角部と中心の中間位置での気流１１２、さらに、フロントパネル１０１から回り込んで熱交換器に入り込む気流であるショートサーキット風１１４が存在する。

図２は、ファングリル１０２の正面図を示したものである。ファングリル１０２は正面視正面視四角形状を有し、上下左右の辺は概略的に同形である。ファン１０３からの送風口であるフロントパネル１０１の開口部１０５は、破線の円１０５ａとして示されている。

図３は、図１においてファングリル１０２を透視した斜視図であり、破線１０２ａは、ファングリル１０２の概略の外形線である。ファン１０３からの送風口であるフロントパネル１０１の開口部１０５からファン１０３側には、筒状の通風部であるマウスリング３３０が設けられている。このマウスリング３３０を通って、前方への気流である主流１２０が吹き出される。

さらに、マウスリング３３０を通った気流は、前方のみならず側方にもコアンダ効果によってフロントパネル面に沿って屈曲するように吹き出し、例えば、中心部の気流１１３、角部への気流１１１となる。この側方への流れは、ファングリル１０２が出口抵抗となるために仮にグリルを設けない場合に比べて主流１２０が阻害されるため、グリル側面から漏れる流れとして生じる。

図４は、熱源機１００の正面左上の位置の、図３のフロントパネル１０１からファングリル１０２、ファン１０３を含む３Ａ−３Ａ線断面を示す。図５、図６は、それぞれ、図２のファングリル頂角部２１０を側面および斜め前方からみた図である。

前面桟２０２と側面桟２０３は、回転するファン１０３に異物、特に人の指が誤って挿入された場合に、回転するファンに接触しないように設けられる板状の桟である。側面桟２０３は板幅３Ｂを持った板形状の桟であり、気流の指向性が向上している。

なお、図２に示すように、中心円板２２０から径方向に放射状に伸びる前面桟２０２は、前面部に対して傾斜又は湾曲しており、面２０２Ｓが熱源機１００の前面側から見えるようになっている。これにより、回転するファン１０３からの気流の旋回成分のもつ速度エネルギを転向することで、静圧を回収して、送風性能向上を図る機能を防護機能とともに有している。ファングリル１０２は射出成形により合成樹脂で形成されているので、容易に製作することができる。

そして、ファングリル１０２は、前面部１０６と側面部１０７との間に、前面部１０６及び前記側面部１０７を通過する気流を整える気流調整部が設けられている。以下では、この気流調整部は、後述する上流側気流調整部よりも下流側に配置されることから、便宜的に下流側気流調整部と呼ぶ。

下流側気流調整部は、外側リブ２０４によって構成される。外側リブ２０４はフロントパネル１０１の前面位置３００から突出しており、ファン１０３による通風はフロントパネル１０１と外側リブ２０４の間の側面の空間からも側方への気流１１０として抜け出るため、ファングリル１０２の開口面積は増大し、通風抵抗が小さくなり、送風性能が向上するためファン入力は低下する。図３において、前面桟２０２は外側リブ２０４の中に隠れている。なお、本実施例においては、外側リブ２０４が気流調整の機能だけでなく、補強リブとしての機能を有していることからこのような名称としているが、気流調整部としては、補強リブとしての機能を特に有しないものであってもよい。これは、後述する内側リブ２０５においても同様である。

外側リブ２０４は、主流１２０の方向に沿う長さ寸法が厚み寸法よりも大きい板形状を有する。外側リブ２０４は、長さ２０４Ａを持った筒状構造であるため、前方への気流は高い指向性を持って放出される。この高い指向性により気流が側面に拡散しにくいため、拡散の際のエネルギ消費が抑えられ、ファン入力は低下する。また、拡散すると熱交換されたはずの空気が熱源機１００付近に滞留するため熱交換性能が低下するが、それが避けられるため装置全体の省エネ性能が向上する。

また、下流側気流調整部よりも上流側には、下流側気流調整部と平行な上流側気流調整部が設けられる。上流側気流調整部は、内側リブ２０５によって構成される。即ち、内側リブ２０５は、外側リブ２０４のフロントパネル１０１側に設けられている。

この内側リブ２０５は側面桟２０３を支えてファングリル１０２の強度を向上させるほか、外側リブ２０４と同様に、側方への気流１１０と前方への気流である主流１２０がフロントパネルから斜め方向の領域３０２で混合することを抑える機能を有する。即ち、側方への気流１１０はフロントパネル正面側に対して流速が低下する。このとき、側方への気流１１０と前方への主流１２０が混合してしまうと渦が生成されるなどして送風エネルギが消散するためファン入力は増大してしまう。また、混合によって熱交換された空気が周囲に拡散しにくくなるため全体的な熱交換性能が低下してしまう。そのため装置全体の省エネ性能が低下してしまうが、本実施例ではそれらが避けられて省エネ性能向上に寄与する。

図１、図２に示すように、側面部１０７に配置される側面桟２０３は、ファングリル１０２の中心部から離れるに従って、側面桟２０３同士の間隔が大きくなるように設定されている。図２に基づいて説明すると、側面桟２０３の間隔は、ファングリル１０２の中心２１１から角部２１０に近くなるに従って２Ａ、２Ｂ、２Ｃのように徐々に大きくなっており、例えば中心での間隔２Ａに比べ角部での間隔２Ｃは倍の大きさになっている。間隔が徐々に変更しているため、放出される気流の風速も徐々に連続的に変わっている。このとき、気流の流速に大きな違いがある場所では大きい速度差を埋めるために渦が生成するなどして送風エネルギの損失が生じファン入力増大に繋がるが、本実施例ではそれが避けられ、送風性能が向上し、ファン入力低減に寄与する。このとき、中心の間隔２Ａはファン開口部１０５に近いため狭くすることで、指が入りにくくして安全性を高めている。一方、ファングリル１０２の角部はフロントパネル開口部１０５から離れているため指がファンに届く恐れがないため、間隔２Ｃは大きくして、ファングリル１０２の開口面積を増大し、通風抵抗を下げて送風性能を向上している。

また、図１、図２に示すように、側面部１０７に配置される側面桟２０３は、ファングリル１０２の中心部から離れるに従って、側面部１０７に対する傾斜角度が大きくなるように設定されている。図２に基づいて説明すると、側面桟２０３の水平との角度２Ｄ、２Ｅもファングリル１０２の中心から角部に近づくにつれ、徐々に、ほぼ連続的に大きくなっている。従って、指向性をもって放出される気流は放射状に側方へ放出される。従って、気流が平行に放出された場合と比べて、気流間の摩擦や気流の衝突等によって生じるエネルギ損失を抑制することができる。また、一般に、ファングリル１０２の角部はフロントパネル開口部１０５から離れているため気流の流速は遅くなり、気流は滞留しやすい。このとき、熱交換されたはずの空気が滞留するため熱交換性能が低下して省エネ性能が低下する恐れがある。また、滞留する気流を除去するためにより多くの送風エネルギが必要となり、ファン入力が増大し省エネ性能が低下する。

また、図１、図２に示すように、側面部１０７に配置される側面桟２０３は、ファングリルの中心部から遠ざかるに従って、側面部１０７に交差する方向の寸法が大きくなるように設定されている。図２に基づいて説明すると、角部２１０の側面桟２０３の径方向の幅２Ｎが中心部２１１の幅２Ｍに比べ長くなっているため気流の指向性が高められる。

さらに、本実施例では、上述のように桟間隔が中心部２Ａより角部２Ｃのように大きくなっているため、角部２１０での気流の抜けが向上しており、気流が滞留し難いため、上述の理由により省エネ性能向上に寄与する。一方、ファングリル１０２中心での気流は側面桟２０３によってフロントパネル１０１と平行に気流が放出されるように指向性が高まっている。したがってフロントパネル１０１側から熱交換器１０４側に回り込んで、熱交換された高温の気流が再び熱交換器１０４に入るショートサーキット風１１４が抑えられるため、省エネ性能向上に寄与する。なお、ファングリル１０２の側面を塞ぐとより良好にショートサーキットを防止することができるのは当然であるが、本実施例のようにすれば、側面を開放した場合でも、ショートサーキット気流１１４を低減する効果がある。

なお、仮にファングリル１０２の外形がフロントパネル１０１の正面視円形状の場合、ファングリル１０２の側面桟２０３は風速の大きいフロントパネル開口部１０５近傍に位置することになり、大きな通風抵抗となる。また、開口部に近いため人の指がファン１０３に接触しやすいため側面桟２０３の間隔を狭くする必要があり、大きな通風抵抗となる。一方、本実施例のように角形の場合は、特に角部において側面桟２０３はフロントパネル開口部１０５から遠い位置にあるため風速が低下しており、通風抵抗になりにくく、ファン入力低下を抑制できる。

図４に示すように、ファングリル１０２の角部には、フロントパネル１０１と前面桟２０２との間に空気誘因部４０１が設けられる。ここでは、フロントパネル開口部１０５を出た気流がフロントパネル１０１でのコアンダ効果等により屈曲する流れ４１０が生じる。一方、フロントパネル前方に向かう気流４１４、４１５は主流１２０となる。開口部１０５から遠方では風速が遅く、熱交換された気流は滞留しやすく、熱交換性能が低下しやすい。しかし、本実施例では外側リブ２０４が主流方向に筒状となっており指向性を高めているため外側リブ２０４に沿う気流４１６は主流１２０に合流しやすく送風されやすい。

側面桟２０３を通過する気流４１１は、側面桟２０３の間を通過する際側面桟２０３を避けるように流れ、側面桟２０３を挟む気流６０１ａ、６０１ｂとなる。ここで、側面桟２０３の厚さ３Ｂは、長さ３Ａに対して薄い。従って、図６に示すように、側面桟２０３に衝突して分岐、合流する気流６０１ａ、６０１ｂは、側面桟２０３近傍の分岐部６０１ｃでは滑らかに分岐し、合流部６０１ｄでは滑らかに合流する。このため、渦の形成や流れの剥離による気流の損失は生じにくく、ファン入力低減を抑制できる。また、側面桟２０３は板状で板厚が薄いことにより、ファングリル１０２側面の開口面積が増大して圧力損失が低下するため好ましい。一方、気流４０１が通過する際に側面桟２０３の長さ３Ａが長い場合は抵抗体となって損失を生むが、本実施例では適切な長さとなっている。

また、図４に示すように、内側リブ２０５と外側リブ２０４の間を通る気流４１３は、内側リブにより指向性が高まり、たとえば気流４１２のようにフロントパネル１０１側に行き気流４１１と合流する流れは弱まっている。さらに外側リブ２０４に沿う気流４１７に関しても外側リブ２０４の厚さが薄く、かつ長さが適切なため、気流４１７と気流４１６の合流による損失は低減されている。

図２に示すように、例えば、側方桟間隔は、グリル中心２１１に近い２Ａで最小寸法７mm、角部２１０に近い２Ｃにおいて最大寸法１４mmで最小寸法の倍程度とする。ここで、ＪＩＳ−Ｃ０９２２では、検査プローブとして、大人の指を基にした大人用の検査プローブ（径１２mm、長さ８０mm）と、子供の指を基にした子供用の検査プローブ５.６mm、長さ４４mm）が規定されている。本実施例のファングリル１０２では、最小間隔寸法は子供用の検査プローブの径５.６mmより大きいが、子供用の検査プローブは長さが短くファングリル中心２１１から挿入してもファン１０３まで至らない。一方、角部２１０においては長さの長い大人用の検査プローブ（径１２mm）が挿入可能であるが、フロントパネル開口部１０５までの距離は離れているので挿入しても届かない。したがって、安全に配慮されている。

図５に示すように、外側リブ２０４は板状で、リブの長さ２０４Ａは１３mm、リブの厚さ２０４Ｂは２.６mmと、主流１２０方向の長さに対する厚みが１／５倍以下の比率となっており、薄い。また、正面の一辺の長さ４７５mmに対しては約１／２００と薄い。このように厚みが薄いことによりファングリル開口率の増大に寄与し、損失を低減している。また、長手方向は正面への気流の主流に平行のため、前方への気流１２０の指向性向上に寄与している。一方、内側リブ２０５の断面形状は内側リブの長さ２０５Ａと厚さ２０５Ｂの比率が１／１に近い棒状であり、このためリブに対して気流が流入するときの角度の感度は低く、損失低減に寄与する。

また、ファングリル１０２では、下流側気流調整部と上流側気流調整部との間隔は、上流側気流調整部とファングリルの上流端との間隔と同等かそれ以上である。図５に基づいて説明すると、フロントパネル面３００から内側リブ２０５までの距離３Ｄと、内側リブ２０５から外側リブ２０４までの距離３Ｅについて、３Ｄが３Ｅと同等、あるいは大きいことにより側方への気流への開口面積が増大して圧力損失が減り、さらに側方への気流１１０の指向性が向上するために好ましい。例えば、３Ｄが２１mm、３Ｅは３.５mmのように、５倍以上にすると好ましい。

例えば側面桟２０３において桟幅３Ａが５.８mm、桟厚３Ｂが３.２mmと、幅と厚さの比が１.５倍以上となっていれば好ましい。さらに、側方への気流１１０がより放射されやすいように、側面桟２０３は水平から角度３Ｃのように傾斜している（例えば水平方向から８度程度）。このとき、ファングリル１０２側面は傾斜面となるため開口面積が増大して圧力損失が低減し、さらにフロントパネル面３００と平行な気流は生じずフロントパネル１０１から離れる方向の気流が生じるため、ショートサーキット気流１１４は生じにくく省エネ性能向上に寄与する。

図７に、ファングリル１０２の中心円板２２０の断面図を示す。紙面向かって左側がファン１０３側の領域５０１であり、右側が大気側の吹出し側の領域５０２である。中心円板２２０は前面桟２０２を束ねることによって強度部材としてファングリル１０２全体の強度を向上している。

次に、図８を用いて、本発明の実施例２について説明する。実施例２に係るファングリル１０２は、中心円板２２０の構造のみが実施例１に係るファングリル１０２と異なる。以下では、実施例１と異なる点のみ説明することとし、その他の構造は、実施例１と基本的に共通するため、説明を省略する。

実施例１のファングリル１０２では、図７に示すように、中心円板２２０付近でファン１０３からの正面への気流１２０によるせん断力を受けて固定渦５１０が形成され、固定渦５１０と前方への気流１２０の間で損失が生じるおそれがある。一方、図８に示す本実施例では、中心円板２２０に空隙５２０が形成されている。このとき、主流１２０による固定渦５１０は空隙５２０の中に形成されるため、固定渦５１０と主流１２０が接する領域が狭くなるため、固定渦５１０による損失を低減することができる。したがって送風性能が向上し、ファン入力を低下させることができる。

空隙５２０の形状は中心円板２２０と同じ円形であれば、渦が安定に形成されるため好ましい。中心円板２２０の位置は、前面桟２０２から吹出し側５０２に出ないようにすれば主流１２０との摩擦損がなくなってファン入力は低下する。従って、中心円板２２０の前方端面は、前面桟２０２と同じ平面上に配置することが好ましい。空隙５２０の深さは、深い場合は中心円板２２０の内側壁面と固定渦の間での摩擦損も大きくなるため、空隙５２０の半径と同じ寸法程度までに抑えることが好ましい。

次に、図９を用いて、本発明の実施例３について説明する。実施例３に係るファングリル１０２は、側面桟２０３の構造のみが実施例１に係るファングリル１０２と異なる。以下では、実施例１と異なる点のみ説明することとし、その他の構造は、実施例１と基本的に共通するため、説明を省略する。

実施例１における側面桟２０３は、図２に示すように放射状に構成されていたが、実施例３における側面桟２０３は、図９に示すようにファン１０３の回転方向６０１に傾斜して構成されている。

ファン１０３からの側方への気流１１０はファン１０３の回転に沿った方向に旋回気流６０２として放出されているが、本実施例によれば側面桟２０３は旋回方向に沿っているため旋回気流６０２は側面桟２０３に沿って放出されるため、損失を生じにくい。したがって送風性能が向上し、ファン入力が低下し、省エネ性能向上に寄与する。

１００ 熱源機
１０１ フロントパネル
１０２ ファングリル
１０３ ファン
１０４ 熱交換器

Claims (7)

1. ファンとファングリルとを有する熱源機であって、
   前記ファングリルは、前記ファンによって作られる気流の主流を通過させる前面部と、前記主流の方向に沿って配置される側面部とを有し、
   前記前面部は、正面視四角形状を有し、
   前記側面部には、通風部が設けられ、
   前記前面部と前記側面部との間には、前記前面部及び前記側面部を通過する気流を整える気流調整部が設けられ、
   前記気流調整部は、前記主流の方向に沿う長さ寸法が厚み寸法よりも大きい板形状を有することを特徴とする熱源機。
2. 請求項１に記載の熱源機において、
   前記側面部には、前記前面部に沿い且つ前記側面部に交差する方向に沿って板状の桟が複数配置されることを特徴とする熱源機。
3. 請求項２に記載の熱源機において、
   前記側面部に配置される桟は、ファングリルの中心部から遠ざかるに従って、桟同士の間隔が大きくなるように設定されることを特徴とする熱源機。
4. 請求項２に記載の熱源機において、
   前記側面部に配置される桟は、ファングリルの中心部から離れるに従って、前記側面部に対する傾斜角度が大きくなるように設定されることを特徴とする熱源機。
5. 請求項２に記載の熱源機において、
   前記側面部に配置される桟は、ファングリルの中心部から遠ざかるに従って、前記側面部に交差する方向の寸法が大きくなるように設定されることを特徴とする熱源機。
6. 請求項１に記載の熱源機において、
   前記気流調整部よりも上流側には、前記気流調整部と平行な上流側気流調整部が設けられ、
   前記気流調整部と前記上流側気流調整部との間隔は、前記上流側気流調整部とファングリルの上流端部との間隔と同等かそれ以上であることを特徴とする熱源機。
7. 請求項１〜６の何れか一項に記載の熱源機を備える冷凍サイクル装置。