JP2019124437A - 空気調和機 - Google Patents

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Abstract

【課題】通風抵抗を大きく上昇させることなく吹き出し風がフィンに衝突して発生する送風騒音を減少させる。【解決手段】ターボファン17の外周を取り囲むように配置される室内熱交換器18と、室内熱交換器18の内周側に取り付けられる複数の整流板32と、を備え、室内熱交換器18は、ターボファン17との最近接位置P1において半径方向と直交する平面に沿って配置される複数の平面部と、これらを連結する複数の曲面部と、を有し、第1平面部18Aには、最近接位置P1よりもターボファン17の回転方向Rdの上流側の第1所定位置に第1の整流板32Aが取り付けられ、最近接位置P1よりもターボファン17の回転方向Rdの下流側の第2所定位置に第2の整流板32Bが取り付けられ、これらが隣接して配置される空気調和機を提供する。【選択図】図5

Description

本発明は、熱交換器の内周側に取り付けられる複数の整流板を備える空気調和機に関するものである。
従来、遠心ファンの周囲にフィンチューブ形の熱交換器を設けた天井埋込型の空気調和機が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に開示される空気調和機は、方形状の熱交換器の四辺の内側の中央に、それぞれ3枚の導風板を配置したものである。導風板は、遠心ファンの回転方向と反対方向に傾斜し、内側に膨出した曲面状に形成されている。特許文献1の空気調和機は、3枚の導風板の狭い空間に吹き出し風を流入させて吹き出し風の向きをフィンの方向に変化させることにより、吹き出し風がフィンに衝突して発生する送風騒音を減少させる。
特開2001−99436号公報
しかしながら、特許文献1の空気調和機は、方形状の熱交換器の四辺の内側の中央にそれぞれ3枚の導風板を配置している。また、導風板が遠心ファンの回転方向と反対方向に傾斜して内側に膨出した曲面状に形成されている。そのため、導風板を配置することにより、通風抵抗が大きく上昇してしまう。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、通風抵抗を大きく上昇させることなく吹き出し風がフィンに衝突して発生する送風騒音を減少させることが可能な空気調和機を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の空気調和機は以下の手段を採用する。
本発明の一態様に係る空気調和機は、回転軸の軸線方向に沿って流入する空気を前記軸線方向と交差する半径方向に流出させるファンと、前記ファンの外周を取り囲むように配置されるとともに伝熱管と該伝熱管に取り付けられる複数のフィンとを有する熱交換器と、前記熱交換器の内周側に取り付けられるとともに前記回転軸と平行な軸線に沿って延びて前記回転軸に向けて直線状に突出する複数の整流板と、を備え、前記熱交換器は、前記ファンとの最近接位置において前記半径方向と直交する平面に沿って配置される複数の平面部と、前記複数の平面部を連結する複数の曲面部と、を有し、前記複数の平面部の少なくともいずれか一つには、前記最近接位置よりも前記ファンの回転方向の上流側の第1所定位置に第1の前記整流板が取り付けられ、前記最近接位置よりも前記ファンの回転方向の下流側の第2所定位置に第2の前記整流板が取り付けられ、前記第1の整流板と前記第2の整流板とが隣接して配置される。
本発明の一態様に係る空気調和機によれば、熱交換器の複数の平面部の少なくともいずれか一つには、ファンとの最近接位置よりもファンの回転方向の上流側の第1所定位置に第1の整流板が取り付けられる。そのため、吹き出し風の回転方向の速度成分が、最近接位置に到達する前に第1の整流板で発生する乱流により減少し、最近接位置で吹き出し風がフィンに衝突して発生する送風騒音が減少する。
また、本発明の一態様に係る空気調和機によれば、熱交換器の複数の平面部の少なくともいずれか一つには、ファンとの最近接位置よりもファンの回転方向の下流側の第2所定位置に第2の整流板が取り付けられる。そのため、最近接位置よりもファンの回転方向の下流側で吹き出し風の回転方向の速度成分が再び上昇することが抑制され、吹き出し風がフィンに衝突して発生する送風騒音が減少する。
さらに、本発明の一態様に係る空気調和機によれば、整流板がファンの回転軸と平行な軸線に沿って延びて回転軸に向けて直線状に突出する形状となっているため、ファンの回転方向と反対方向に傾斜して内側に膨出した曲面状に形成される場合に比べて通風抵抗が減少する。また、第1の整流板と第2の整流板が最近接位置を挟んでファンの回転方向の上流側と下流側に隣接して配置されるため、最近接位置を含めた3枚の整流板を配置する場合に比べて通風抵抗が減少する。
このように、本発明の一態様に係る空気調和機によれば、通風抵抗を大きく上昇させることなく吹き出し風がフィンに衝突して発生する送風騒音を減少させることができる。
本発明の一態様に係る空気調和機において、前記第1所定位置は、前記平面部の前記最近接位置を通過する前記半径方向と前記第1の整流板の先端を通過する前記半径方向とがなす角が3度以上かつ7度以下の範囲となる位置であってもよい。より好ましくは、5度となる位置であってもよい。
このようにすることで、最近接位置における吹き出し風の回転方向の速度成分を適切に減少させることができる。
本発明の一態様に係る空気調和機において、前記第2所定位置は、前記平面部の前記最近接位置を通過する前記半径方向と前記第2の整流板の先端を通過する前記半径方向とがなす角が15度以上かつ20度以下の範囲となる位置であってもよい。
このようにすることで、最近接位置よりもファンの回転方向の下流側で吹き出し風の回転方向の速度成分が再び上昇すること適切に抑制することができる。
本発明の一態様に係る空気調和機において、前記第1の整流板及び前記第2の整流板が取り付けられる前記平面部の前記最近接位置における前記ファンと前記熱交換器との前記半径方向の距離をLとし、前記第1の整流板の前記回転軸へ向けて突出する長さをlとした場合、L/l≧3.5かつl≧7mmを満たすようにしてもよい。
ファンと熱交換器との半径方向の距離Lを第1の整流板の回転軸へ向けて突出する長さlの3.5倍以上とすることで、第1の整流板による通風抵抗の上昇を十分に抑制することができる。また、lを7mm以上とすることで、第1の整流板で適切に乱流を発生させ、最近接位置における吹き出し風の回転方向の速度成分を減少させることができる。
本発明によれば、通風抵抗を大きく上昇させることなく吹き出し風がフィンに衝突して発生する送風騒音を減少させることが可能な空気調和機を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る空気調和機の斜視図である。 図1に示す空気調和機の室内機の縦断面図である。 図2に示すファン及び室内熱交換器を開口側からみた図である。 図2に示す室内熱交換器及び整流板の部分拡大図である。 図3に示す第1平面部の最近接位置の近傍の部分拡大図である。 室内機で発生する騒音の音圧レベルを示すグラフである。
以下に、本発明に係る空気調和機1の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図1には、本実施形態に係る天井埋込み型の空気調和機1の斜視図が示され、図2には、その縦断面図が示されている。ここでは、室外機2に対して1台の室内機3が接続された天井埋込み型の空気調和機1の例が示されている。
空気調和機1は、室内機3が室内の天井等に吊下げ設置され、冷媒配管4および電気配線5を介して屋外の設置された室外機2と接続されて使用されるものである。室外機2には、冷媒圧縮機6、室外熱交換器7、室外ファン8、コントロールボックス9、図示省略の四方切換弁等の機器類が設置されている。この室外機2は、室内機3側に設けられる後述の室内熱交換器18と共に冷凍サイクルを構成し、室内機3に供給する冷媒の調整機能を担うものである。
室内機3は、下方部が開口されているキャビネット10と、このキャビネット10の下方部位に取り付けられる略四角形状の天井パネル11とを備えている。キャビネット10内の下方部位には、空気吸込口12を形成するベルマウス13と、ドレンパン14とが設置されており、ドレンパン14の一部により風路15が形成されている。また、キャビネット10の天板中央部位には、ファンモータ16により回転駆動されるターボファン17が設置されており、このターボファン17の外周を取り囲むように、四角形状に折り曲げ形成されている室内熱交換器18が図示省略のブラケットを介して天板側に固定設置されている。
キャビネット10内には、空気吸込口12を形成するベルマウス13を介してターボファン17に室内空気を導き、ターボファン17により昇圧されてラジアル方向に吹出された空気を、その外周を取り囲むように配設されている室内熱交換器18を通して、キャビネット10の内面とドレンパン14の外周面とで形成される風路15へと流通させる空気流通路19が構成されている。
四方形状の天井パネル11には、その四辺に沿って空調風を吹出す長方形状の空気吹出口20が風路15と連通すように設けられているとともに、中央部に室内空気を吸込むための開口21が設けられている。この開口21には、エアフィルタ22等を設置した吸込グリル23が、図1に示されるように、ワイヤ24等を介して昇降自在に設けられている。また、各空気吹出口20には、空気吹出口20から吹出される空調風の風向を調整するための風向調整ルーバ25が、それぞれ個別にスイング可能に設置されている。
ターボファン17は、中心部にファンモータ16の回転軸16Aを固定するためのハブ26が設けられている主板27と、主板27に対向配設されている流体流路28を形成するためのシュラウド29と、シュラウド29と主板27との間に配設されている複数枚のブレード30とから構成されている。このターボファン17は、シュラウド29側がベルマウス13の空気吸込口12に対向配置されており、ベルマウス13の一部がシュラウド29の内周にオーバーラップされ、その間にターボファン17の吹出風の一部をベルマウス13の裏面に沿ってベルマウス13とシュラウド29とのオーバーラップ部の隙間からシュラウド29の内面29A側に循環させる再循環路31が形成されている。
ターボファン17は、ファンモータ16の回転軸16A回りに回転するファンであり、回転軸16Aの軸線方向に沿って流入する空気を回転軸16Aの軸線方向と交差する半径方向に流出させる。ここで、回転軸16Aの軸線方向は鉛直方向と一致しており、軸線方向と交差する半径方向は水平方向と一致している。
ここで、図3を参照して、室内熱交換器18について説明する。図3は、図2に示すターボファン17及び室内熱交換器18を開口21からみた図である。
図3に示すように、室内熱交換器18は、ターボファン17の外周を取り囲むように配置されるとともに伝熱管18aと伝熱管18aに取り付けられる複数のフィン18bとを有する。図3に示すように、室内熱交換器18は、第1平面部18A,第2平面部18B,第3平面部18C,第4平面部18D,第5平面部18Eと、第1曲面部18F,第2曲面部18G,第3曲面部18H,第4曲面部18Iとを有する。
第1平面部18Aは、ターボファン17のブレード30との最近接位置P1において半径方向と直交する平面に沿って配置される部分である。第2平面部18Bは、ターボファン17のブレード30との最近接位置P2において半径方向と直交する平面に沿って配置される部分である。第3平面部18Cは、ターボファン17のブレード30との最近接位置P3において半径方向と直交する平面に沿って配置される部分である。第4平面部18Dは、ターボファン17のブレード30との最近接位置P3において半径方向と直交する平面に沿って配置される部分である。第5平面部18Eは、ターボファン17のブレード30との最近接位置P5において半径方向と直交する平面に沿って配置される部分である。
第1曲面部18Fは第1平面部18Aと第2平面部18Bとを連結する部分であり、第2曲面部18Gは第2平面部18Bと第3平面部18Cとを連結する部分であり、第3曲面部18Hは第3平面部18Cと第4平面部18Dとを連結する部分であり、第4曲面部18Iは第4平面部18Dと第5平面部18Eとを連結する部分である。
次に、図2から図5を参照して、室内熱交換器18の内周側に取り付けられる複数の整流板32について説明する。図4は、図2に示す室内熱交換器18及び整流板32の部分拡大図である。図5は、図3の第1平面部18Aの最近接位置P1の近傍の部分拡大図である。
図2に示すように、室内熱交換器18の内周側には、回転軸16Aと平行な軸線X1に沿って延びる整流板32と、回転軸16Aと平行な軸線X2に沿って延びる整流板32とが取り付けられている。
図3に示すように、第1平面部18Aの内周側には2つの整流板32が取り付けられており、第2平面部18Bの内周側には2つの整流板32が取り付けられており、第3平面部18Cの内周側には2つの整流板32が取り付けられている。第4平面部18Dの内周側には1つの整流板32が取り付けられており、第5平面部18Eの内周側には1つの整流板32が取り付けられている。
図4に示すように、整流板32は、ターボファン17の半径方向と直交する平面に沿って配置される基部32aと、基部32aから回転軸16Aに向けて直線状に突出する板部32bと、基部32aから板部32bの反対方向に突出する一対の保持部32cと、基部32aから板部32bの反対方向に突出する支持部32dと、を有する。整流板32は、支持部32dを伝熱管18aに支持させた状態で一対の保持部32cで伝熱管18aを保持させることにより、室内熱交換器18に取り付けられる。
図4に示すように、整流板32を室内熱交換器18に取り付けた状態で、整流板32の基部32aの上端は、室内熱交換器18のフィン18bの上端と一致する。このような位置関係となっているため、作業者は、整流板32の基部32aの上端がフィン18bの上端と一致するように位置合わせすることで、整流板32を容易に室内熱交換器18に取り付けることができる。
図5に示すように、第1平面部18Aには、整流板32A(第1の整流板)と、整流板32B(第2の整流板)とが隣接して配置された状態で取り付けられている。整流板32Aは、ターボファン17の回転方向Rdの上流側の第1所定位置に取り付けられている。ここで、第1所定位置とは、第1平面部18Aの最近接位置P1を通過する半径方向と整流板32Aの先端を通過する半径方向とがなす角θ1が、3度以上かつ7度以下の範囲となる位置である。第1所定位置は、更に望ましくはθ1が5度となる位置である。このようにすることで、最近接位置P1におけるターボファン17からの吹き出し風の回転方向Rdの速度成分を適切に減少させることができる。
整流板32Bは、ターボファン17の回転方向Rdの下流側の第2所定位置に取り付けられている。ここで、第2所定位置とは、第1平面部18Aの最近接位置P1を通過する半径方向と整流板32Bの先端を通過する半径方向とがなす角θ2が、15度以上かつ20度以下の範囲となる位置である。このようにすることで、最近接位置P1よりもターボファン17の回転方向Rdの下流側で吹き出し風の回転方向Rdの速度成分が再び上昇すること適切に抑制することができる。
図5において、距離Lは、整流板32A及び整流板32Bが取り付けられる第1平面部18Aの最近接位置P1におけるターボファン17と室内熱交換器18との半径方向の距離である。また、距離lは、整流板32A及び整流板32Bの回転軸16Aへ向けて突出する長さである。本実施形態において、距離Lと距離lとは、以下の式(1)及び式(2)の関係を満たす。
L/l≧3.5 (1)
l≧7mm (2)
式(1)は、整流板32Aによる通風抵抗の上昇を抑制するための条件である。また、式(2)は、最近接位置P1におけるターボファン17の吹き出し風の回転方向Rdの速度成分を減少させるための条件である。
なお、以上においては、第1平面部18Aに取り付けられる2つの整流板32について説明したが、第2平面部18Bに取り付けられる2つの整流板32も、第1平面部18Aに取り付けられる2つの整流板32と同様の配置となる。また、第3平面部18Cに取り付けられる2つの整流板32も、第1平面部18Aに取り付けられる2つの整流板32と同様の配置となる。
なお、第1平面部18A,第2平面部18B,第3平面部18Cには、それぞれ2つの整流板32が取り付けられる一方で、第4平面部18D,第5平面部18Eには、それぞれ1つずつの整流板32が取り付けられる。これは、第4平面部18D,第5平面部18Eの長さが第1平面部18A,第2平面部18B,第3平面部18Cに比べて短く、最近接位置P4,P5における吹き出し風の回転方向Rdの速度成分が小さいからである。
次に、本実施形態の空気調和機1の室内機3で発生する騒音の音圧レベルとその比較例について説明する。図6は、本実施形態の室内機3で発生する騒音の音圧レベルを示すグラフである。図6において、実線は本実施形態の図3に示すように室内熱交換器18の内周側に複数の整流板32を配置した場合の音圧レベルを示し、破線は図3に示す複数の整流板32の全てを配置しない場合の音圧レベルを示す。図6は、1/3オクターブバンド中心周波数(Hz)と音圧レベル(dB)との関係を示すものである。
図6の実験結果に示すように、本実施形態の空気調和機1は、比較例に比べて、騒音として認識されやすい高周波数領域(2kHz〜4kHz)の音圧レベルが低くなっている。これは、最近接位置P1,P2,P3よりもターボファン17の回転方向Rdの上流側の第1所定位置に整流板32が取り付けられているため、吹き出し風の回転方向Rdの速度成分が、最近接位置P1,P2,P3に到達する前に整流板32で発生する乱流により減少していることが要因であると考えられる。
また、ターボファン17との最近接位置P1,P2,P3よりもターボファン17の回転方向Rdの下流側の第2所定位置に整流板32が取り付けられているため、最近接位置P1,P2,P3よりもターボファン17の回転方向Rdの下流側で吹き出し風の回転方向Rdの速度成分が再び上昇することが抑制されていることが要因であると考えられる。
以上説明した本実施形態の空気調和機1が奏する作用及び効果について説明する。
本実施形態の空気調和機1によれば、室内熱交換器18の第1平面部18A,第2平面部18B、第3平面部18Cには、ターボファン17のブレード30との最近接位置P1,P2,P3よりもターボファン17の回転方向Rdの上流側の第1所定位置に整流板32が取り付けられる。そのため、吹き出し風の回転方向Rdの速度成分が、最近接位置P1,P2,P3に到達する前に整流板32で発生する乱流により減少し、最近接位置P1,P2,P3で吹き出し風がフィン18bに衝突して発生する送風騒音が減少する。
ここで、第1所定位置は、第1平面部18A(第2平面部18B,第3平面部18C)の最近接位置P1(P2,P3)を通過する半径方向と整流板32Aの先端を通過する半径方向とがなす角θ1が3度以上かつ7度以下の範囲となる位置である。より好ましくは、5度となる位置である。
また、本実施形態の空気調和機1によれば、室内熱交換器18の第1平面部18A,第2平面部18B、第3平面部18Cには、ターボファン17のブレード30との最近接位置P1,P2,P3よりもターボファン17の回転方向Rdの下流側の第2所定位置に整流板32が取り付けられる。そのため、最近接位置P1,P2,P3よりもターボファン17の回転方向Rdの下流側で吹き出し風の回転方向Rdの速度成分が再び上昇することが抑制され、吹き出し風がフィン18bに衝突して発生する送風騒音が減少する。
ここで、第2所定位置は、第1平面部18A(第2平面部18B,第3平面部18C)の最近接位置P1(P2,P3)を通過する半径方向と整流板32Bの先端を通過する半径方向とがなす角θ2が15度以上かつ20度以下の範囲となる位置である。
さらに、本実施形態の空気調和機1によれば、整流板32がターボファン17の回転軸16Aと平行な軸線X1,X2に沿って延びて回転軸16Aに向けて直線状に突出する形状となっているため、ターボファン17の回転方向Rdと反対方向に傾斜して内側に膨出した曲面状に形成される場合に比べて通風抵抗が減少する。また、2つの整流板32が最近接位置P1,P2,P3を挟んでターボファン17の回転方向Rdの上流側と下流側に隣接して配置されるため、最近接位置P1,P2,P3を含めた3枚の整流板を配置する場合に比べて通風抵抗が減少する。
このように、本実施形態の空気調和機1によれば、通風抵抗を大きく上昇させることなく吹き出し風がフィン18bに衝突して発生する送風騒音を減少させることができる。
本実施形態の空気調和機1において、整流板32A及び整流板32Bが取り付けられる第1平面部18A(第2平面部18B、第3平面部18C)の最近接位置P1(P2,P3)におけるターボファン17と室内熱交換器18との半径方向の距離をLとし、整流板32Aの回転軸16Aへ向けて突出する長さをlとした場合、L/l≧3.5かつl≧7mmを満たす。
ターボファン17と室内熱交換器18との半径方向の距離Lを整流板32A及び整流板32Bの回転軸16Aへ向けて突出する長さlの3.5倍以上とすることで、整流板32A及び整流板32Bによる通風抵抗の上昇を十分に抑制することができる。また、lを7mm以上とすることで、整流板32Aで適切に乱流を発生させ、最近接位置P1(P2,P3)における吹き出し風の回転方向Rdの速度成分を減少させることができる。
1 空気調和機
2 室外機
3 室内機
4 冷媒配管
5 電気配線
6 冷媒圧縮機
7 室外熱交換器
8 室外ファン
9 コントロールボックス
10 キャビネット
11 天井パネル
12 空気吸込口
13 ベルマウス
14 ドレンパン
15 風路
16 ファンモータ
16A 回転軸
17 ターボファン
18 室内熱交換器
18a 伝熱管
18b フィン
18A 第1平面部
18B 第2平面部
18C 第3平面部
18D 第4平面部
18E 第5平面部
18F 第1曲面部
18G 第2曲面部
18H 第3曲面部
18I 第4曲面部
19 空気流通路
20 空気吹出口
21 開口
22 エアフィルタ
23 吸込グリル
24 ワイヤ
25 風向調整ルーバ
26 ハブ
27 主板
28 流体流路
29 シュラウド
30 ブレード
31 再循環路
32,32A,32B 整流板
32a 基部
32b 板部

Claims (5)

  1. 回転軸の軸線方向に沿って流入する空気を前記軸線方向と交差する半径方向に流出させるファンと、
    前記ファンの外周を取り囲むように配置されるとともに伝熱管と該伝熱管に取り付けられる複数のフィンとを有する熱交換器と、
    前記熱交換器の内周側に取り付けられるとともに前記回転軸と平行な軸線に沿って延びて前記回転軸に向けて直線状に突出する複数の整流板と、を備え、
    前記熱交換器は、
    前記ファンとの最近接位置において前記半径方向と直交する平面に沿って配置される複数の平面部と、
    前記複数の平面部を連結する複数の曲面部と、を有し、
    前記複数の平面部の少なくともいずれか一つには、前記最近接位置よりも前記ファンの回転方向の上流側の第1所定位置に第1の前記整流板が取り付けられ、前記最近接位置よりも前記ファンの回転方向の下流側の第2所定位置に第2の前記整流板が取り付けられ、
    前記第1の整流板と前記第2の整流板とが隣接して配置される空気調和機。
  2. 前記第1所定位置は、前記平面部の前記最近接位置を通過する前記半径方向と前記第1の整流板の先端を通過する前記半径方向とがなす角が3度以上かつ7度以下の範囲となる位置である請求項1に記載の空気調和機。
  3. 前記第1所定位置は、前記平面部の前記最近接位置を通過する前記半径方向と前記第1の整流板の先端を通過する前記半径方向とがなす角が5度となる位置である請求項2に記載の空気調和機。
  4. 前記第2所定位置は、前記平面部の前記最近接位置を通過する前記半径方向と前記第2の整流板の先端を通過する前記半径方向とがなす角が15度以上かつ20度以下の範囲となる位置である請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の空気調和機。
  5. 前記第1の整流板及び前記第2の整流板が取り付けられる前記平面部の前記最近接位置における前記ファンと前記熱交換器との前記半径方向の距離をLとし、前記第1の整流板の前記回転軸へ向けて突出する長さをlとした場合、L/l≧3.5かつl≧7mmを満たす請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の空気調和機。
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