JP2022009001A - 空気調和装置及び冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Abstract
Description
[遠心送風機1]
図1は、本発明の実施の形態1に係る遠心送風機1の斜視図である。図2は、本発明の実施の形態1に係る遠心送風機1の上面図である。図3は、図2の遠心送風機1のD-D線断面図である。図1~図3を用いて、遠心送風機1の基本的な構造について説明する。なお、図3に示す点線は、従来の遠心送風機の周壁を表す基準周壁SWの断面形状である。遠心送風機1は、多翼遠心型の遠心送風機であり、気流を発生させるファン2と、ファン2を収納するスクロールケーシング4とを有する。
ファン2は、円盤状の主板2aと、主板2aの周縁部2a1に設置される複数枚の羽根2dと、を有する。また、ファン2は、複数の羽根2dの主板2aと反対側の端部に主板2aに対向するリング状の側板2cを有している。なお、ファン2は、側板2cを備えない構造であってもよい。ファン2が側板2cを有する場合、複数の羽根2dのそれぞれは、一端が主板2aと接続され、他端が側板2cと接続されており、複数の羽根2dは、主板2aと側板2cとの間に配置されている。主板2aの中心部には、ボス部2bが設けられている。ボス部2bの中央には、ファンモータ6の出力軸6aが接続され、ファン2はファンモータ6の駆動力によって回転される。ファン2は、ボス部2bと、出力軸6aとにより回転軸Xを構成する。複数の羽根2dは、主板2aと側板2cとの間で、ファン2の回転軸Xを取り囲む。ファン2は、主板2aと複数の羽根2dとにより円筒形状に構成され、ファン2の回転軸Xの軸方向において、主板2aと反対側の側板2c側に吸込口2eを形成している。ファン2は、図3に示すように、回転軸Xの軸方向において、主板2aの両側に複数の羽根2dが設けられている。なお、ファン2は、回転軸Xの軸方向において、主板2aの両側に複数の羽根2dが設けられる構成に限定されるものではなく、例えば、回転軸Xの軸方向において、主板2aの片側にのみ複数の羽根2dが設けられていてもよい。また、ファン2は、図3に示すように、ファン2の内周側にファンモータ6が配置されているが、ファン2は、ボス部2bに出力軸6aが接続されていればよく、ファンモータ6は、遠心送風機1の外に配置されていてもよい。
スクロールケーシング4は、ファン2を囲んでおり、ファン2から吹き出された空気を整流する。スクロールケーシング4は、ファン2が発生させた気流が吐出される吐出口42aを形成する吐出部42と、ファン2が発生させた気流の動圧を静圧に変換する風路を形成するスクロール部41と、を有する。吐出部42は、スクロール部41を通過した気流が吐出される吐出口42aを形成する。スクロール部41は、ファン2の回転軸Xの軸方向からファン2を覆い、空気を取り込む吸込口5が形成された側壁4aと、ファン2を回転軸Xの径方向から囲む周壁4cと、を有する。また、スクロール部41は、吐出部42と周壁4cとの間に位置し、ファン2が発生させた気流を、スクロール部41を介して吐出口42aに導く舌部4bを有する。なお、回転軸Xの径方向とは、回転軸Xに垂直な方向である。周壁4c及び側壁4aにより構成されるスクロール部41の内部空間は、ファン2から吹き出された空気が周壁4cに沿って流れる空間となっている。
スクロールケーシング4の側壁4aには、吸込口5が形成されている。また、側壁4aには、吸込口5を通じてスクロールケーシング4に吸い込まれる気流を案内するベルマウス3が設けられている。ベルマウス3は、ファン2の吸込口2eに対向する位置に形成されている。ベルマウス3は、吸込口5を通じてスクロールケーシング4に吸い込まれる気流の上流側の端部である上流端3aから下流側の端部である下流端3bに向かって風路が狭くなる形状である。図1~図3に示すように、遠心送風機1は、回転軸Xの軸方向において、主板2aの両側に吸込口5が形成された側壁4aを有する両吸込みのスクロールケーシング4を有する。なお、遠心送風機1は、両吸込みのスクロールケーシング4を有するものに限定されるものではなく、回転軸Xの軸方向において、主板2aの片側にのみ吸込口5が形成された側壁4aを有する片吸込みのスクロールケーシング4を有していてもよい。
周壁4cは、ファン2を回転軸Xの径方向から囲み、ファン2の径方向の外周側を構成する複数の羽根2dと対向する内周面を構成する。周壁4cは、回転軸Xの軸方向に幅があり、上面視で渦巻状に形成されている。周壁4cは、図2に示すように、舌部4bとスクロール部41との境界に位置する第1端部41aからファン2の回転方向に沿って舌部4bから離れた側の吐出部42とスクロール部41との境界に位置する第2端部41bまでの部分に設けられている。周壁4cの内周面は、渦巻形状の巻始めとなる第1端部41aから渦巻き形状の巻終りとなる第2端部41bまでファン2の周方向に沿って滑らかに湾曲する湾曲面を構成する。第1端部41aは、湾曲面を構成する周壁4cにおいて、ファン2の回転により発生する気流の上流側の端縁部であり、第2端部41bは、ファン2の回転により発生する気流の下流側の端縁部である。
舌部4bは、ファン2が発生させた気流を、スクロール部41を介して吐出口42aに導く。舌部4bは、スクロール部41と吐出部42との境界部分に設けられた凸部である。舌部4bは、スクロールケーシング4において、回転軸Xに平行な方向に延びている。
ファン2が回転すると、スクロールケーシング4の外の空気は、吸込口5を通じてスクロールケーシング4の内部に吸い込まれる。スクロールケーシング4の内部に吸い込まれる空気は、ベルマウス3に案内されてファン2に吸い込まれる。ファン2に吸い込まれた空気は、複数の羽根2dの間を通る過程で、動圧と静圧が付加された気流となってファン2の径方向外側に向かって吹き出される。ファン2から吹き出された気流は、スクロール部41において周壁4cの内側と羽根2dとの間を案内される間に動圧が静圧に変換され、スクロール部41を通過後、吐出部42に形成された吐出口42aからスクロールケーシング4の外へ吹き出される。
図15は、本発明の実施の形態2に係る遠心送風機1の軸方向断面図である。図15に示す点線は、従来例である対数螺旋形状を有する遠心送風機の基準周壁SWの位置を表すものである。なお、図1~図14の遠心送風機1と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。実施の形態2の遠心送風機1は、回転軸Xの軸方向において、主板2aの両側に吸込口5が形成された側壁4aを有する両吸込みのスクロールケーシング4を有する遠心送風機1である。図15に示すように、実施の形態2の遠心送風機1は、回転軸Xの軸方向において、周壁4cが吸込口5から離れるほど回転軸Xの径方向に拡大する。すなわち、実施の形態2の遠心送風機1は、回転軸Xの軸方向において、周壁4cが吸込口5から離れるほど回転軸Xの軸心C1と周壁4cの内壁面との距離が大きくなる。遠心送風機1の周壁4cは、回転軸Xの軸方向と平行な方向において、主板2aの周縁部2a1と対向する位置4c1で、回転軸Xの軸心C1と周壁4cの内壁面との距離L1が最大となる。図15に示す距離LM1は、周壁4cが主板2aの周縁部2a1と対向する位置4c1であり、回転軸Xの軸方向と平行な方向において、回転軸Xの軸心C1と、周壁4cの内壁面との距離L1が最大となる部分を示す。遠心送風機1の周壁4cは、回転軸Xの軸方向と平行な方向において、側壁4aとの境界となる位置4c2で、回転軸Xの軸心C1と周壁4cの内壁面との距離L1が最小となる。図15に示す距離LS1は、周壁4cと側壁4aとの境界となる位置4c2であり、回転軸Xの軸方向と平行な方向において、回転軸Xの軸心C1と周壁4cの内壁面との距離L1が最小となる部分を示す。周壁4cは、回転軸Xと平行な方向において、主板2aの周縁部2a1と対向する位置4c1が膨出し、回転軸Xと平行な方向において、主板2aの周縁部2a1と対向する位置4c1で距離L1が最大となる。さらに換言すると、実施の形態2の遠心送風機1は、回転軸Xと平行の断面視において、周壁4cが、主板2aの周縁部2a1と対向する位置において、回転軸Xの軸心C1と周壁4cの内壁面との距離L1が最大となるように円弧形状に形成されている。なお、周壁4cの断面形状は、周壁4cが、主板2aの周縁部2a1と対向する位置4c1において、回転軸Xの軸心C1と周壁4cの内壁面との距離L1が最大となる凸状に形成されていればよく、断面形状の一部又は全部に直線部を有するものであってもよい。
[送風装置30]
図18は、本発明の実施の形態3に係る送風装置30の構成を示す図である。図1~図14の遠心送風機1と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。実施の形態3に係る送風装置30は、例えば、換気扇、卓上ファンなどであり、実施の形態1又は2に係る遠心送風機1と、遠心送風機1を収容するケース7とを備えている。ケース7には、吸込口71及び吐出口72の二つの開口が形成されている。送風装置30は、図18に示すように、吸込口71と吐出口72とが対向する位置に形成されている。なお、送風装置30は、例えば、吸込口71又は吐出口72のいずれか一方が遠心送風機1の上方又は下方に形成されているなど、必ずしも吸込口71と吐出口72とが対向する位置に形成されていなくてもよい。ケース7内は、吸込口71が形成されている部分を備えた空間S1と吐出口72が形成されている部分を備えた空間S2とが、仕切板73で仕切られている。遠心送風機1は、吸込口71が形成されている側の空間S1に吸込口5が位置し、吐出口72が形成されている側の空間S2に吐出口42aが位置する状態で設置される。
[空気調和装置40]
図19は、本発明の実施の形態4に係る空気調和装置40の斜視図である。図20は、本発明の実施の形態4に係る空気調和装置40の内部構成を示す図である。図21は、本発明の実施の形態4に係る空気調和装置40の断面図である。なお、実施の形態4に係る空気調和装置40に用いられる遠心送風機11は、図1~図14の遠心送風機1と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。また、図20では、空気調和装置40の内部構成を示すために、上面部16aは省略している。実施の形態4に係る空気調和装置40は、実施の形態1又は2に記載の遠心送風機1と、遠心送風機1の吐出口42aと対向する位置に配置された熱交換器10と、を備える。また、実施の形態4に係る空気調和装置40は、空調対象の部屋の天井裏に設置されたケース16を備えている。ケース16は、図19に示すように、上面部16a、下面部16b及び側面部16cを含む直方体状に形成されている。なお、ケース16の形状は、直方体状に限定されるものではなく、例えば、円柱形状、角柱状、円錐状、複数の角部を有する形状、複数の曲面部を有する形状等、他の形状であってもよい。
ケース16は、側面部16cの1つとして、ケース吐出口17が形成された側面部16cを有する。ケース吐出口17の形状は、図19で示すように矩形状に形成されている。なお、ケース吐出口17の形状は、矩形状に限定されるものではなく、例えば、円形状、オーバル形状等でもよく、他の形状であってもよい。ケース16は、側面部16cのうち、ケース吐出口17が形成された面の裏となる面に、ケース吸込口18が形成された側面部16cを有している。ケース吸込口18の形状は、図20で示すように矩形状に形成されている。なお、ケース吸込口18の形状は、矩形状に限定されるものではなく、例えば、円形状、オーバル形状等でもよく、他の形状であってもよい。ケース吸込口18には、空気中の塵埃を取り除くフィルタが配置されてもよい。
[冷凍サイクル装置50]
図22は、本発明の実施の形態5に係る冷凍サイクル装置50の構成を示す図である。なお、実施の形態5に係る冷凍サイクル装置50に用いられる遠心送風機1は、図1~図14の遠心送風機1又は遠心送風機11と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。実施の形態5に係る冷凍サイクル装置50は、冷媒を介して外気と室内の空気の間で熱を移動させることにより、室内を暖房又は冷房して空気調和を行う。実施の形態5に係る冷凍サイクル装置50は、室外機100と、室内機200とを有する。冷凍サイクル装置50は、室外機100と室内機200とが冷媒配管300及び冷媒配管400により配管接続されて、冷媒が循環する冷媒回路が構成されている。冷媒配管300は、気相の冷媒が流れるガス配管であり、冷媒配管400は、液相の冷媒が流れる液配管である。なお、冷媒配管400には、気液二相の冷媒を流してもよい。そして、冷凍サイクル装置50の冷媒回路では、圧縮機101、流路切替装置102、室外熱交換器103、膨張弁105、室内熱交換器201が冷媒配管を介して順次接続されている。
室外機100は、圧縮機101、流路切替装置102、室外熱交換器103、及び膨張弁105を有している。圧縮機101は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。ここで、圧縮機101は、インバータ装置を備えていてもよく、インバータ装置によって運転周波数を変化させて、圧縮機101の容量を変更することができるように構成されてもよい。なお、圧縮機101の容量とは、単位時間当たりに送り出す冷媒の量である。流路切替装置22は、例えば四方弁であり、冷媒流路の方向の切り換えが行われる装置である。冷凍サイクル装置50は、制御装置(図示せず)からの指示に基づいて、流路切替装置102を用いて冷媒の流れを切り換えることで、暖房運転又は冷房運転を実現することができる。
室内機200は、冷媒と室内空気との間で熱交換を行う室内熱交換器201及び、室内熱交換器201が熱交換を行う空気の流れを調整する室内送風機202を有する。室内熱交換器201は、暖房運転時には、凝縮器の働きをし、冷媒配管300から流入した冷媒と室内空気との間で熱交換を行い、冷媒を凝縮させて液化させ、冷媒配管400側に流出させる。室内熱交換器201は、冷房運転時には蒸発器の働きをし、膨張弁105によって低圧状態にされた冷媒と室内空気との間で熱交換を行い、冷媒に空気の熱を奪わせて蒸発させて気化させ、冷媒配管300側に流出させる。室内送風機202は、室内熱交換器201と対面するように設けられている。室内送風機202には、実施の形態1又は2に係る遠心送風機1、実施の形態5に係る遠心送風機11が適用される。室内送風機202の運転速度は、ユーザの設定により決定される。室内送風機202には、インバータ装置を取り付け、ファンモータ6の運転周波数を変化させてファン2の回転速度を変更してもよい。
次に、冷凍サイクル装置50の動作例として冷房運転動作を説明する。圧縮機101によって圧縮され吐出された高温高圧のガス冷媒は、流路切替装置102を経由して、室外熱交換器103に流入する。室外熱交換器103に流入したガス冷媒は、室外送風機104により送風される外気との熱交換により凝縮し、低温の冷媒となって、室外熱交換器103から流出する。室外熱交換器103から流出した冷媒は、膨張弁105によって膨張及び減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となる。この気液二相冷媒は、室内機200の室内熱交換器201に流入し、室内送風機202により送風される室内空気との熱交換により蒸発し、低温低圧のガス冷媒となって室内熱交換器201から流出する。このとき、冷媒に吸熱されて冷却された室内空気は、空調空気(吹出風)となって、室内機200の吹出口から室内(空調対象空間)に吹き出される。室内熱交換器201から流出したガス冷媒は、流路切替装置102を経由して圧縮機101に吸入され、再び圧縮される。以上の動作が繰り返される。
Claims (9)
- 円盤状の主板と、前記主板の周縁部に設置される複数枚の羽根と、を有するファンと、
前記ファンを収納するスクロールケーシングと、
を備えた遠心送風機であって、
前記スクロールケーシングは、
前記ファンが発生させた気流が吐出される吐出口を形成する吐出部と、
前記ファンの回転軸の軸方向から前記ファンを覆い、空気を取り込む吸込口が形成された側壁と、前記ファンを前記回転軸の径方向から囲む周壁と、前記吐出部と前記周壁との間に位置し、前記ファンが発生させた気流を前記吐出口に導く舌部と、を有するスクロール部と、
を備え、
前記ファンの前記回転軸と垂直方向の断面形状で対数螺旋形状の基準周壁を有する遠心送風機との比較において、
前記周壁は、
前記周壁と前記舌部との境界となる第1端部、及び、前記周壁と前記吐出部との境界となる第2端部において、前記回転軸の軸心と前記周壁との間の距離L1が、前記回転軸の前記軸心と前記基準周壁との間の距離L2と等しく、
前記周壁の前記第1端部と前記第2端部との間において、前記距離L1が、前記距離L2以上の大きさであり、
前記周壁の前記第1端部と前記第2端部との間において、前記距離L1と前記距離L2との差分LHの長さが極大点を構成する拡大部を有し、
前記回転軸と平行な方向において、前記主板の周縁部と対向する位置が膨出し、前記回転軸と平行な方向において、前記主板の周縁部と対向する位置で前記距離L1が最大となる遠心送風機と、
前記遠心送風機の前記吐出口と対向する位置に配置された熱交換器と、
を備える空気調和装置。 - 前記ファンの前記回転軸と垂直方向の断面形状で、前記回転軸の前記軸心と前記第1端部とを結ぶ第1基準線から前記回転軸の前記軸心と前記第2端部とを結ぶ第2基準線までの間で、前記第1基準線から前記ファンの回転方向に進む角度θにおいて、
前記拡大部は、
前記角度θが0°以上90°未満の間に第1極大点P1と、
前記角度θが90°以上180°未満の間に第2極大点P2と、
前記角度θが180°以上第2基準線が構成する角度α未満の間に第3極大点P3と、
を有する請求項1に記載の空気調和装置。 - 前記角度θが0°以上で前記第1極大点P1が位置する角度までの間において、前記差分LHが最小となる点を第1最小点U1とし、
前記角度θが90°以上で前記第2極大点P2が位置する角度までの間において、前記差分LHが最小となる点を第2最小点U2とし、
前記角度θが180°以上で前記第3極大点P3が位置する角度までの間において、前記差分LHが最小となる点を第3最小点U3とし、
前記第1最小点U1から前記第1極大点P1までの前記角度θの増大θ1に対する、前記第1極大点P1における前記距離L1と前記第1最小点U1における前記距離L1との差分L11を拡大率Aとし、
前記第2最小点U2から前記第2極大点P2までの前記角度θの増大θ2に対する、前記第2極大点P2における前記距離L1と前記第2最小点U2における前記距離L1との差分L22を拡大率Bとし、
前記第3最小点U3から前記第3極大点P3までの前記角度θの増大θ3に対する、前記第3極大点P3における前記距離L1と前記第3最小点U3における前記距離L1との差分L33を拡大率Cとした場合に、
拡大率B>拡大率C、かつ、拡大率B≧拡大率A>拡大率C、または、
拡大率B>拡大率C、かつ、拡大率B>拡大率C≧拡大率A
の関係を有する請求項2に記載の空気調和装置。 - 前記角度θが0°以上で前記第1極大点P1が位置する角度までの間において、前記差分LHが最小となる点を第1最小点U1とし、
前記角度θが90°以上で前記第2極大点P2が位置する角度までの間において、前記差分LHが最小となる点を第2最小点U2とし、
前記角度θが180°以上で前記第3極大点P3が位置する角度までの間において、前記差分LHが最小となる点を第3最小点U3とし、
前記第1最小点U1から前記第1極大点P1までの前記角度θの増大θ1に対する、前記第1極大点P1における前記距離L1と前記第1最小点U1における前記距離L1との差分L11を拡大率Aとし、
前記第2最小点U2から前記第2極大点P2までの前記角度θの増大θ2に対する、前記第2極大点P2における前記距離L1と前記第2最小点U2における前記距離L1との差分L22を拡大率Bとし、
前記第3最小点U3から前記第3極大点P3までの前記角度θの増大θ3に対する、前記第3極大点P3における前記距離L1と前記第3最小点U3における前記距離L1との差分L33を拡大率Cとした場合に、
拡大率C>拡大率B≧拡大率A
の関係を有する請求項2に記載の空気調和装置。 - 前記ファンの前記回転軸と垂直方向の断面形状で、前記回転軸の前記軸心と前記第1端部とを結ぶ前記第1基準線から前記回転軸の前記軸心と前記第2端部とを結ぶ第2基準線までの間で、前記第1基準線から前記ファンの回転方向に進む前記角度θにおいて、
前記拡大部は、
前記角度θが0°以上90°未満の間に前記第1極大点P1を有する第1拡大部と、
前記角度θが90°以上180°未満の間に前記第2極大点P2を有する第2拡大部と、
前記角度θが180°以上第2基準線が構成する角度α未満の間に前記第3極大点P3を有する第3拡大部と、を有し、
前記第2拡大部から前記第3拡大部までの領域を構成する前記周壁は、前記距離L1が、前記距離L2よりも大きい請求項2~4のいずれか1項に記載の空気調和装置。 - 前記ファンの前記回転軸と垂直方向の断面形状で、前記回転軸の前記軸心と前記第1端部とを結ぶ第1基準線から前記回転軸の前記軸心と前記第2端部とを結ぶ第2基準線までの間で、前記第1基準線から前記ファンの回転方向に進む角度θにおいて、
前記拡大部は、
前記角度θが90°以上180°未満の間に第2極大点P2を有する第2拡大部と、
前記角度θが180°以上第2基準線が構成する角度α未満の間に第3極大点P3を有する第3拡大部と、を有し、
前記第2拡大部から前記第3拡大部までの領域を構成する前記周壁は、前記距離L1が、前記距離L2よりも大きい請求項1に記載の空気調和装置。 - 前記第1極大点P1から前記第2最小点U2までの前記角度θの増大θ11に対する、前記第2最小点U2における前記距離L1と前記第1極大点P1における前記距離L1との差分L44を拡大率Dとし、
前記第2極大点P2から前記第3最小点U3までの前記角度θの増大θ22に対する、前記第3最小点U3における前記距離L1と前記第2極大点P2における前記距離L1との差分L55を拡大率Eとし、
前記第3極大点P3から前記角度αまでの前記角度θの増大θ33に対する、前記角度αにおける前記距離L1と前記第3極大点P3における前記L1との差分L66を拡大率Fとし、
前記角度θの増大に対する、前記回転軸の前記軸心と前記基準周壁との間の前記距離L2を拡大率Jとした場合に、
拡大率J>拡大率D≧0であり、かつ、
拡大率J>拡大率E≧0であり、かつ、
拡大率J>拡大率F≧0である、
請求項3又は4に記載の空気調和装置。 - 前記周壁は、前記回転軸の周方向において、前記回転軸の径方向に突出する突出部を有する請求項1~7のいずれか1項に記載の空気調和装置。
- 請求項1~8のいずれか1項に記載の空気調和装置を備えた冷凍サイクル装置。
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