JP5260218B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、ターボファンを備え、前面側から熱交換器、ベルマウスを介して吸い込んだ空気を半径方向に吹き出し、該空気を吹き出し口より室内へと吹き出す空気調和機に関するものである。

従来から、ファンケースを必要としないターボファンを備え、該ターボファンによりケーシングの前面側から熱交換器、ベルマウスを通過させて吸い込んだ空気を半径方向に吹き出し、この空調風をターボファンの周りに設けられている複数の吹き出し口から、各吹き出し口の長手方向に沿って配設されている複数枚の縦ルーバにより整流して室内へと吹き出すように構成した空気調和機が知られている（例えば、特許文献１参照）。

このような空気調和機では、熱交換器（正面視）の縦横比が１に近いほど、熱交換器の正面面積に対するベルマウスおよびターボファンの吸い込み部の比率が高くなり、より均一な吸い込み流量を得ることができるため、熱交換器の効率は上昇する。その結果、熱交換器とベルマウスとの間の距離を可及的に小さくでき、ユニットの奥行きサイズを薄くすることが可能となり、ユニットのコンパクト化を図ることができる。

特開２００７−１８３０１０号公報

しかしながら、上記空気調和機において、更なる高能力化、高効率化のため、熱交換器を大型化しようとした場合、ユニットの高さ方向寸法が制約されるという条件下では、熱交換器の縦横比を大きくせざるを得なくなる。この場合、同じ吸い込み部面積のベルマウスおよびターボファンでは、吸い込み部からの距離が遠くなった部分での熱交換効率の低下は避けられず、熱交換器とベルマウスとの間の距離を大きく（ユニットの奥行き寸法を大きく）しない限り、熱交換器を大型化した分に見合うだけの性能アップは得られないという問題が内包されている。

また、熱交換器の縦横比を大きくして熱交換器を大型化した場合、それを固定するベルマウスも同様に幅方向寸法を大きくしなければならなくなる。このため、ベルマウスに歪みが生じ易く、ベルマウスの強度アップが課題となる。

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、ベルマウスの吸い込み部における距離を一定に維持したまま、熱交換器の大型化による吸い込み部から離れた部分での熱交換効率の低下を抑制して高能力化、高効率化を図り、また、熱交換器の大型化に伴うベルマウスの歪み発生を防ぐことができる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。
すなわち、本発明にかかる空気調和機は、ケーシング内に配設されたターボファンを介して、前記ケーシングの前面側から熱交換器およびベルマウスを通して吸い込んだ空気を半径方向に吹き出し、該空気を前記ケーシングに設けられている吹き出し口より室内へと吹き出す空気調和機において、前記熱交換器は、縦横比が１以上の横長長方形状とされ、該熱交換器に対応する形状とされた前記ベルマウスの横方向に長くされた部分と前記熱交換器との間の距離が、前記ベルマウスの吸い込み部を最短とし、該吸い込み部から離れるほど大きくされていることを特徴とする。

本発明によれば、熱交換器が縦横比１以上の横長長方形状とされ、該熱交換器に対応する形状とされたベルマウスの横方向に長くされた部分と熱交換器との間の距離が、ベルマウスの吸い込み部を最短とし、ベルマウスの吸い込み部から離れるほど大きくされているため、寸法上の制約（高さ方向の寸法制約）により熱交換器を縦横比が１以上の横長長方形状として大型化した場合でも、横方向に長くされた部分において熱交換器の下流に十分大きな流路を確保し、当該部分での圧損を低減して熱交換器を通過する空気流量を増加することができる。その結果、ベルマウスの吸い込み部における距離（ユニットの奥行き寸法）を大きくすることなく、熱交換器を横長長方形状として大型化を図った場合における横方向に長くされた部分での熱交換効率の低下を抑制することができ、空気調和機のコンパクト化、高能力化および高効率化を実現することができる。

さらに、本発明の空気調和機は、上記の空気調和機において、前記ベルマウスのベル形状とされた吸い込み部と、該ベルマウスの吸い込み部に対向して配設された前記ターボファンのシュラウドとの間に、前記ターボファンから吹き出された空気流の一部を再循環させる再循環流路が形成され、該再循環流路を形成する前記ベルマウスの吸い込み部は、前記熱交換器側に凸状とされた湾曲面と、該湾曲面から前記熱交換器との距離が大きくされた部位に対して斜めに接続された傾斜面とを有していることを特徴とする。

本発明によれば、ベルマウスの吸い込み部と、該吸い込み部に対向して配設されたターボファンのシュラウドとの間に再循環流路が形成され、ファン前後の圧力差によりターボファンから吹き出された空気流の一部を再循環させる構成とされているため、ターボファンのシュラウド面での流れの剥離を抑制し、ターボファンの高効率化および低騒音化を図ることができる。また、この再循環流路を形成するベルマウスの吸い込み部が、熱交換器側に凸状とされた湾曲面と、該湾曲面から熱交換器との距離が大きくされた部位に対して斜めに接続された傾斜面とを有する形状とされているため、再循環される空気流を湾曲面に沿って噴出させ、滑らかにシュラウド面に付着させることができる。これにより、吹き出し空気の再循環流によるターボファンの高効率化、低騒音化効果を最大限に享受することができる。

さらに、本発明の空気調和機は、上述のいずれかの空気調和機において、前記ベルマウスには、前記吸い込み部の周りに放射状にリブが設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、ベルマウスにおける吸い込み部の周りに放射状にリブが設けられているため、熱交換器の縦横比が大きくされ、それを固定しているベルマウスが同様に大きくされても、吸い込み部の周りに放射状に設けられたリブによって、熱交換器を通過後の２次側空気の流れを阻害することなく、ベルマウスの強度をアップすることができる。従って、ベルマウスの縦横比が大きくされることによる歪みの発生を防止することができる。

さらに、本発明の空気調和機は、上記の空気調和機において、前記リブは、前記吸い込み部を形成する円弧の半径をＲとしたとき、吸い込み部からＲ寸法以上離れた外側位置に設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、リブが、吸い込み部を形成する円弧の半径をＲとしたとき、吸い込み部からＲ寸法以上離れた外側位置に設けられているため、熱交換器を通過後の２次側空気がベルマウスの吸い込み部を通過しターボファンに流入する際、この空気流れをリブが阻害しないようにすることができる。従って、ターボファンに対する吸入効率を低下させることがなく、大型化されたベルマウスの強度をしっかりと確保することができる。

本発明によると、熱交換器が縦横比１以上の横長長方形状とされることにより大型化された場合でも、ベルマウスの吸い込み部から離れた部分の熱交換器下流に十分大きな流路を確保することができ、当該部分での圧損を低減して熱交換器を通過する空気流量を増加することができるため、ベルマウスの吸い込み部における距離（ユニットの奥行き寸法）を大きくすることなく、熱交換器の大型化による吸い込み部から離れた部分での熱交換効率の低下を抑制することができ、コンパクトで高能力かつ高効率の空気調和機を提供することができる。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１および図２を用いて説明する。
図１には、本発明の第１実施形態に係る空気調和機のターボファンの回転中心を通る縦断面図が示され、図２には、該空気調和機のターボファンの回転中心を通る横断面図が示されている。空気調和機１としては、上下２方向吹き出しの床置き形空気調和機の例が示されており、該空気調和機１は、ベース３と前面パネル４とによって構成された横長長方形状のケーシング２を備えている。

前面パネル４の前面には、室内の空気を吸い込む吸い込み口５が開口されており、該吸い込み口５には、吸い込みグリル６が設けられている。また、前面パネル４の前面から上にかけてのコーナー部分には、上部吹き出し口７が幅方向に水平に開口されており、該上部吹き出し口７は、開口部に回動自在に設置されている水平ルーバ８によって開閉可能とされている。さらに、前面パネル４の下方部には、下部吹き出し口９が幅方向に水平に開口され、該下部吹き出し口９は、開口部に回動自在に設置されている水平ルーバ１０によって開閉可能とされている。

ケーシング２内において、吸い込みグリル６の背後には、エアーフィルタ１１が着脱自在に配設され、その背後には、プレートフィンチューブ形の室内熱交換器（熱交換器）１２が固定設置されている。室内熱交換器１２は、図示省略されている室外ユニット側の機器と冷媒配管を介して接続されることにより公知の冷凍サイクルを構成している。室内熱交換器１２の下部には、ドレンパン１３が配設されており、冷房運転および除湿運転時に室内熱交換器１２の表面で結露し落下するドレン水を受け、図示省略のドレンホースを介して外部に排出できる構成とされている。

室内熱交換器１２の下流側には、該室内熱交換器１２を流通した空気をその下流側に設置されているターボファン１７に導くためのベルマウス１４が、室内熱交換器１２と一体化されてケーシング２内に固定設置されている。ベルマウス１４の中央部には、ターボファン１７と対向するように吸い込み部１５が形成され、該吸い込み部１５には円形のベル形状とされた吸い込み口１６が開口されている。また、ベルマウス１４の下流には、ベル形状とされた状吸い込み口１６に対向するようにターボファン１７が設置されている。

ターボファン１７は、主板１８とシュラウド１９と複数枚のブレード２０とから構成されており、主板１８の中心部がベース３上に固定設置されているモータ２１の回転軸２２先端に固定されることにより、モータ２１を介して水平軸周りに回転駆動されるようになっている。ターボファン１７を介してラジアル方向に吹き出される空調風は、ターボファン１７の外周から接線方向に対して外向きに或る角度をもって吹き出されるようになる。

また、ターボファン１７から吹き出された空調風を上部吹き出し口７および下部吹き出し口９に導くための導風路２３，２４が、ベース３とベルマウス１４との間に形成されている。ベース３には、上部吹き出し口７および下部吹き出し口９に対応して各吹き出し口７，９にターボファン１7から吹き出された空調風をガイドするノーズ部２５，２６が一体に成形されている。上部側の導風路２３には、上部吹き出し口７の長手方向に沿って複数枚の縦ルーバ２７が互いに連結されて縦軸周りに回動可能に設置され、また、下部側の導風路２４には、下部吹き出し口９の長手方向に沿って複数枚の縦ルーバ２８が互いに連結されて縦軸周りに回動可能に設置されている。

本実施形態においては、空気調和機１の更なる高能力化、高効率化のため、室内熱交換器１２の縦横比を１以上の横長長方形状とすることによって、室内熱交換器１２を大型化している。これは、ユニットの高さ方向寸法が制約されているためである。この室内熱交換器１２の大型化に伴ってその下流に配設されるベルマウス１４も同様に横長長方形状とされている。さらに、室内熱交換器１２およびベルマウス１４の大型化により、同じ吸い込み面積のベルマウス１４およびターボファン１7では、吸い込み部１５から遠い部分での熱交換効率が悪化する。そこで、室内熱交換器１２とベルマウス１４との間の距離をベルマウス１４の形状を変更することにより以下のように設定している。

つまり、室内熱交換器１２およびベルマウス１４を横長長方形状とすることにより吸い込み部１５から遠くなった部分において、図２に示されるように、室内熱交換器１２とベルマウス１４との間の距離を、ベルマウス１４における吸い込み部１５の距離Ａを一定に維持したまま、ベルマウス１４の吸い込み口１６から離れるほど、漸次距離Ｂ，Ｃ，Ｄを大きくし、Ａ＜Ｂ≦Ｃ≦Ｄの関係を満たすようにしている。これによって、ベルマウス１４の吸い込み口１６から離れた部分における室内熱交換器１２の下流に形成される空気流路を十分大きな流路とすることができ、当該部分での圧損を低減して室内熱交換器１２を通過する空気流量を増加できる構成としている。

また、ベルマウス１４の吸い込み部１５は、ターボファン１7のシュラウド１９との間にターボファン１7から吹き出された空気流の一部を再循環させる再循環流路２９を形成するため、室内熱交換器１２側に凸状とされた略半円形状の湾曲面１５Ａと、湾曲面１５Ａの外端から室内熱交換器１２との距離が大きくされた部位１５Ｃに対して斜めに接続された傾斜面１５Ｂとを有する形状とされている。ここで、湾曲面１５Ａは、シュラウド１９の内周側の曲面との間で環状の再循環空気噴出流路２９Ａを形成し、再循環される空気流を湾曲面１５Ａに沿って噴出させ、滑らかにシュラウド１９の曲面に付着させることができるように構成されており、また、傾斜面１５Ｂは、シュラウド１９の傾斜面と略平行に構成されている。

以上に説明の構成により、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
空気調和機１の運転開始によりターボファン１７が回転されると、室内の空気が吸い込み口５から吸い込みグリル６を介してケーシング２内に吸い込まれる。この空気は、エアーフィルタ１１で塵埃が除去された後、室内熱交換器（熱交換器）１２を通過する過程で冷媒と熱交換されることによって冷却または加熱され、その下流側に設けられているベルマウス１４により案内されてベル形状の吸い込み口１６からターボファン１７に吸い込まれる。

ターボファン１７によって昇圧され、その外周部からラジアル方向に吹き出された空調風は、ターボファン１７の外周から接線方向に対して外向きに或る角度をもって吹き出される。この空調風は、ノーズ部２５，２６によりガイドされながら、導風路２３，２４を経て上部吹き出し口７および／または下部吹き出し口９に導かれ、室内へと吹き出されることによって冷房または暖房に供される。空調風の室内への吹き出しは、吹き出しモードに応じて上部吹き出し口７および下部吹き出し口９の双方、またはそのいずれか一方から選択的に吹き出される。

ここで、空気調和機１を高能力化、高効率化するため、室内熱交換器１２を大型化するに当たり、ユニットの高さ方向寸法の制約から、室内熱交換器１２を縦横比が１以上の横長長方形状とし、これに合わせてベルマウス１４についても横長長方形状としている。しかるに、本実施形態では、室内熱交換器１２およびベルマウス１４を横長長方形状とすることにより吸い込み部１５から遠くなった部分において、図２に示されるように、室内熱交換器１２とベルマウス１４との間の距離ＡないしＤを、ベルマウス１４の吸い込み部１５の距離をＡとし、該吸い込み部１５から離れるに従って、距離Ｂ，Ｃ，Ｄを漸次大きくして、Ａ＜Ｂ≦Ｃ≦Ｄの関係を満たすように設定している。

このため、室内熱交換器１２が大型化された場合でも、ベルマウス１４の吸い込み部１５から離れた部分における室内熱交換器１２の下流に形成される空気流路を十分大きな流路とすることができ、当該部分での圧損を低減して室内熱交換器１２を通過する空気流量を増加することができる。これによって、ベルマウス１４の吸い込み部１５における距離Ａ（ユニットの奥行き寸法）を大きくすることなく、室内熱交換器１２の大型化による吸い込み部１５から離れた部分での熱交換効率の低下を抑制することができ、その結果、コンパクトで高能力かつ高効率の空気調和機１を得ることができる。

また、本実施形態では、ベルマウス１４の吸い込み部１５と、この吸い込み部１５に対向して配設されたターボファン１７のシュラウド１９との間に、ファン前後の圧力差によってターボファン１７から吹き出された空気流の一部を再循環させる再循環流路２９を形成した構成としているため、再循環される空気流によってターボファン１７のシュラウド１９の内周面での空気流れの剥離を抑制し、ターボファン１７の高効率化および低騒音化を図ることができる。

さらに、再循環流路２９を形成するベルマウス１４の吸い込み部１５は、室内熱交換器１２側に凸状とされた湾曲面１５Ａと、この湾曲面１５Ａから室内熱交換器１２との距離が大きくされた部位１５Ｃに対して斜めに接続された傾斜面１５Ｂとを有し、湾曲面１５Ａがシュラウド１９の内周側の曲面との間で環状の再循環空気噴出流路２９Ａを形成しているため、再循環される空気流を湾曲面１５Ａに沿わせて噴出させ、滑らかにシュラウド１９の曲面に付着させることができる。これによって、吹き出し空気の再循環流によるターボファン１７の高効率化、低騒音化効果を最大限に享受することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図３を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第１実施形態に対して、ベルマウス１４にリブ３０を設けた構成としている点が異なる。その他の点については、第１実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態では、図３（Ａ），（Ｂ）に示されるように、室内熱交換器１２の形状に対応して横長長方形状とされたベルマウス１４の吸い込み部１５の周りに、吸い込み口１６の中心から放射方向に伸びる複数本（本例では、１０本）の放射状リブ３０を設けている。

上記放射状リブ３０は、ベルマウス１４の吸い込み部１５を形成する円弧の半径をＲとしたとき、吸い込み部１５から少なくともＲ寸法以上離れた外側位置を始端として放射状に設けられている。

上記のように、室内熱交換器１２が縦横比１以上の横長長方形状とされ、この室内熱交換器１２に対応する形状とされたベルマウス１４の吸い込み部１５の周りに放射状にリブ３０を設けた構成とすることにより、空気調和機１の高能力化、高効率化を目指して室内熱交換器１２を縦横比が１以上の横長長方形状として大型化し、それに伴ってベルマウス１４が同様に大型化されても、吸い込み部１５の周りに放射状に設けられた放射状リブ３０により、室内熱交換器１２を通過後の２次側空気の流れを阻害することなくベルマウス１４の強度をアップすることができる。これによって、空気調和機１の高能力化、高効率化を実現することができ、併せてベルマウス１４の縦横比が大きくされることによる歪みの発生を防止することができる。

また、ベルマウス１４に放射状リブ３０を設けるに際して、放射状リブ３０が吸い込み部１５を形成する円弧の半径をＲとしたとき、吸い込み部１５からＲ寸法以上離れた外側位置を始端として放射状に設けられているため、放射状リブ３０が室内熱交換器１２を通過後の２次側空気の流れを阻害しないようにすることができる。従って、ターボファン１７に対する吸入効率を低下させることがなく、大型化されたベルマウス１４の強度をしっかりと確保することができる。

なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記実施形態では、上下２方向吹き出しの床置き形空気調和機の例について説明したが、本発明は、床置き形や上下２方向吹き出しの空気調和機に限定されるものではなく、室内熱交換器１２を大型化することにより高能力化、高効率化を図ろうとするターボファン１７を備えた空気調和機１に有効に適用することができる。

また、ベルマウス１４の吸い込み部１５を形成する湾曲面１５Ａは、円弧面またはそれに近似した曲面であればよく、吸い込み口１６に対して滑らかに空気流を導くことができるとともに、ターボファン１７に対する再循環流をシュラウド１９の曲面に対して滑らかに付着できるように噴出できる曲面であればよい。

本発明の第１実施形態に係る空気調和機のターボファンの回転中心を通る縦断面図である。 図１に示す空気調和機のターボファンの回転中心を通る横断面図である。 本発明の第２実施形態に係る空気調和機のベルマウスの平面図（Ａ）とその断面図（Ｂ）である。

１ 空気調和機
２ ケーシング
７ 上部吹き出し口
９ 下部吹き出し口
１２ 室内熱交換器（熱交換器）
１４ ベルマウス
１５ 吸い込み部
１５Ａ 湾曲面
１５Ｂ 傾斜面
１５Ｃ 室内熱交換器からの距離が大きくされた部位
１６ 吸い込み口
１７ ターボファン
１９ シュラウド
２９ 再循環流路
３０ 放射状リブ
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ 室内熱交換器とベルマウスとの間の距離
Ｒ 吸い込み部の円弧の半径

Claims (4)

1. ケーシング内に配設されたターボファンを介して、前記ケーシングの前面側から熱交換器およびベルマウスを通して吸い込んだ空気を半径方向に吹き出し、該空気を前記ケーシングに設けられている吹き出し口より室内へと吹き出す空気調和機において、
   前記熱交換器は、縦横比が１以上の横長長方形状とされ、該熱交換器に対応する形状とされた前記ベルマウスの横方向に長くされた部分と前記熱交換器との間の距離が、前記ベルマウスの吸い込み部を最短とし、該吸い込み部から離れるほど大きくされていることを特徴とする空気調和機。
2. 前記ベルマウスのベル形状とされた吸い込み部と、該ベルマウスの吸い込み部に対向して配設された前記ターボファンのシュラウドとの間に、前記ターボファンから吹き出された空気流の一部を再循環させる再循環流路が形成され、該再循環流路を形成する前記ベルマウスの吸い込み部は、前記熱交換器側に凸状とされた湾曲面と、該湾曲面から前記熱交換器との距離が大きくされた部位に対して斜めに接続された傾斜面とを有していることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記ベルマウスには、前記吸い込み部の周りに放射状にリブが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の空気調和機。
4. 前記リブは、前記吸い込み部を形成する円弧の半径をＲとしたとき、該吸い込み部からＲ寸法以上離れた外側位置に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の空気調和機。

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