JP6354312B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和装置、特に、ファン入口が吹出口に対向するように形成されたファン室に回転軸がファン入口及び吹出口の開口方向を向いた状態で後向き羽根の遠心ファンが設けられた空気調和装置に関する。

従来より、特許文献１（特開平６−２８１１９４号公報）に示すように、ファン入口が吹出口に対向するように形成された送風ユニット（ファン室）に回転軸がファン入口及び吹出口の開口方向を向いた状態で後向き羽根の遠心ファンが設けられた空気調和装置がある。

上記のようなファン室における遠心ファンの配置では、遠心ファンの羽根車から吹き出された直後の空気の径方向成分が強いため、この径方向成分がファン室における通風抵抗を増大させて、送風性能の向上を妨げる原因となっている。

本発明の課題は、ファン入口が吹出口に対向するように形成されたファン室に回転軸がファン入口及び吹出口の開口方向を向いた状態で後向き羽根の遠心ファンが設けられた空気調和装置において、遠心ファンの送風性能を向上させることにある。

第１の観点にかかる空気調和装置は、ケーシングと、仕切部材と、熱交換器と、遠心ファンとを有している。ケーシングには、吸込口と吹出口とが形成されている。仕切部材は、ケーシング内を吸込口側の熱交換器室と吹出口側のファン室とに仕切っており、熱交換器室とファン室とを連通するファン入口が吹出口に対向するように形成されている。熱交換器は、熱交換器室に設けられている。遠心ファンは、複数の後向き羽根を有する羽根車を有しており、回転軸がファン入口及び吹出口の開口方向を向いた状態で羽根車がファン室に設けられてファン入口を通じて熱交換器室の空気をファン室に吸い込む。そして、羽根車は、複数の後向き羽根の吹出口側の端部を結ぶとともに回転軸を中心として回転するハブをさらに有しており、ハブの外径は、後向き羽根の外径よりも短い。

ここでは、上記のように、回転軸がファン入口及び吹出口の開口方向を向いた状態でファン室に設けられた遠心ファンの羽根車において、ハブの外径を後向き羽根の外径よりも短くしたものを採用している。このため、ここでは、遠心ファンの羽根車から吹き出された直後の空気の軸方向成分を強めるとともに径方向成分を弱めることができ、これにより、斜流流れの傾向を強めることができることができる。

これにより、ここでは、ファン室における通風抵抗を低減することができ、遠心ファンの送風性能を向上させることができる。

また、ここでは、後向き羽根の外径が、羽根車の外周側を囲むケーシングの側部の水力直径の０．７５倍以上であり、ハブの外径が、後向き羽根の外径の０．９１〜０．９６倍である。

第２の観点にかかる空気調和装置は、第１の観点にかかる空気調和装置において、ハブの外径が、後向き羽根のハブ側の端部における外径の０．９１〜０．９６倍である。

遠心ファンの羽根車から吹き出された直後の空気によってファン室における通風抵抗が増大する程度は、後向き羽根とケーシングの側部との距離の影響を受ける。すなわち、後向き羽根とケーシングの側部との距離が小さくなるほど、通風抵抗が増大する傾向にある。また、斜流流れの程度は、ハブの外径の影響を受ける。すなわち、ハブの外径が小さくなるほど、斜流流れの傾向を強めることができる。但し、ハブの外径が小さくなり過ぎると、後向き羽根の送風機能そのものが損なわれてしまう。このような特質から、ハブの外径を後向き羽根の外径よりも短くした羽根車を採用する際には、後向き羽根とケーシングの側部との距離が小さい状況下で、後向き羽根の送風機能を損なわずに斜流流れの傾向が得られるようにすることが好ましい。

そこで、ここでは、ハブの外径を後向き羽根の外径よりも短くした羽根車を採用するにあたり、上記のように、後向き羽根の外径が羽根車の外周側を囲むケーシングの側部の水力直径の０．７５倍以上の状況下において、ハブの外径を後向き羽根の外径の０．９１〜０．９６倍にしている。

これにより、ここでは、ハブの外径を後向き羽根の外径よりも短くした羽根車を採用するにあたり、その特質を考慮して、遠心ファンの送風性能を効果的に向上させることができる。

第３の観点にかかる空気調和装置は、第１又は第２の観点にかかる空気調和装置において、後向き羽根の外径からハブの外径を差し引いた長さが、後向き羽根の外径から後向き羽根の内径を差し引いた長さである翼弦長さの０．４倍以下である。

ここでは、ハブの外径を後向き羽根の外径よりも短くした羽根車を採用するにあたり、上記のように、後向き羽根の外径からハブの外径を差し引いた長さを翼弦長さの０．４倍以下にしている。

これにより、ここでは、ハブの外径を後向き羽根の外径よりも短くした羽根車を採用するにあたり、後向き羽根をハブによって確実に支持し、構造強度を向上させることができる。

以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。

第１及び第２の観点にかかる空気調和装置では、ファン室における通風抵抗を低減することができ、遠心ファンの送風性能を向上させることができる。また、ハブの外径を後向き羽根の外径よりも短くした羽根車を採用するにあたり、その特質を考慮して、遠心ファンの送風性能を効果的に向上させることができる。

第３の観点にかかる空気調和装置では、ハブの外径を後向き羽根の外径よりも短くした羽根車を採用するにあたり、後向き羽根をハブによって確実に支持し、構造強度を向上させることができる。

本発明の一実施形態にかかる空気調和装置の外観斜視図（縦置形態）である。 空気調和装置の第１側部を取り外した状態を示す前側面図（縦置形態）である。 空気調和装置の第２側部を取り外した状態を示す後側面図（縦置形態）である。 空気調和装置の第３側部を取り外した右側面図（縦置形態）である。 空気調和装置の第４側部を取り外した左側面図（縦置形態）である。 遠心ファンの羽根車の外観斜視図である。 遠心ファンの概略断面図である。 空気調和装置の外観斜視図（横置形態）である。 空気調和装置の第１側部を取り外した状態を示す右側面図（横置形態）である。 図２のＩ−Ｉ断面図である。 羽根車をハブ側から見た外観斜視図である。 後向き羽根の外径に対するハブの外径の比と送風効率との関係を示すグラフ（ケーシングの水力直径に対する後向き羽根の外径の比が０．７９８の場合）である。 後向き羽根の外径に対するハブの外径の比と送風効率との関係を示すグラフ（ケーシングの水力直径に対する後向き羽根の外径の比が０．７７９の場合）である。 後向き羽根の外径に対するハブの外径の比と送風効率との関係を示すグラフ（ケーシングの水力直径に対する後向き羽根の外径の比が０．７５５の場合）である。 後向き羽根の外径に対するハブの外径の比と送風効率との関係を示すグラフ（ケーシングの水力直径に対する後向き羽根の外径の比が０．７３３の場合）である。

以下、本発明にかかる空気調和装置の実施形態について、図面に基づいて説明する。尚、本発明にかかる空気調和装置の具体的な構成は、下記の実施形態及びその変形例に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

（１）空気調和装置の基本構成
まず、空気調和装置１の基本構成について、図１〜図９を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の一実施形態にかかる空気調和装置１の外観斜視図（縦置形態）である。図２は、空気調和装置１の第１側部２３を取り外した状態を示す前側面図（縦置形態）である。図３は、空気調和装置１の第２側部２４を取り外した状態を示す後側面図（縦置形態）である。図４は、空気調和装置１の第３側部２５を取り外した右側面図（縦置形態）である。図５は、空気調和装置１の第４側部２６を取り外した左側面図（縦置形態）である。図６は、遠心ファン５の羽根車５１の外観斜視図である。図７は、遠心ファン５の概略断面図である。図８は、空気調和装置１の外観斜視図（横置形態）である。図９は、空気調和装置１の第１側部２３を取り外した状態を示す右側面図（横置形態）である。

空気調和装置１は、建物内に設置されて室内の冷房や暖房を行う装置である。空気調和装置１は、ケーシング２と、仕切部材３と、熱交換器４と、遠心ファン５とを有している。ケーシング２には、吸込口１１と吹出口１２とが形成されている。仕切部材３は、ケーシング２内を吸込口１１側の熱交換器室Ｓ１と吹出口１２側のファン室Ｓ２とに仕切っており、熱交換器室Ｓ１とファン室Ｓ２とを連通するファン入口１３が形成されている。熱交換器４は、熱交換器室Ｓ１に設けられている。遠心ファン５は、複数の後向き羽根５３を有する羽根車５１を有しており、回転軸５２（その軸線を回転軸線Ａとする）がファン入口１３の開口方向Ｂを向いた状態で羽根車５１がファン室Ｓ２に設けられてファン入口１３を通じて熱交換器室Ｓ１の空気をファン室Ｓ２に吸い込む。

また、ここでは、ファン入口１３が吹出口１２に対向しており、羽根車５１の回転軸５２（回転軸線Ａ）がファン入口３１の開口方向Ｂ及び吹出口１２の開口方向Ｃを向いた状態になっている。また、ここでは、吸込口１１がファン入口１３に対向しており、羽根車５１の回転軸５２（回転軸線Ａ）がファン入口３１の開口方向Ｂ、吹出口１２の開口方向Ｃ及び吸込口１１の開口方向Ｄを向いた状態になっている。

また、ここでは、空気調和装置１が、縦置形態及び横置形態という２つの形態を取り得るようになっている。縦置形態は、羽根車５１の回転軸５２（回転軸線Ａ）が鉛直方向Ｚを向いた状態でケーシング２が配置される形態である（図１〜図５参照）。横置形態は、羽根車５１の回転軸５２（回転軸線Ａ）が水平方向Ｘを向いた状態でケーシング２が配置される形態である（図８及び図９参照）。

ケーシング２は、上記のように、吸込口１１と吹出口１２とが形成されている。ケーシング２は、主として、上流側部２１と、下流側部２２と、第１側部２３と、第２側部２４と、第３側部２５と、第４側部２６とを有している。これらの側部２１〜２６によって長尺の直方体形状のケーシング２が形成されている。上流側部２１は、縦置形態の場合にケーシング２の底側面を形成し、横置形態の場合にケーシング２の後側面を形成する部材である。下流側部２２は、縦置形態の場合にケーシング２の天側面を形成し、横置形態の場合にケーシング２の前側面を形成する部材である。上流側部２１及び下流側部２２は、ケーシング２の長手方向（回転軸線Ａ及び開口方向Ｂ、Ｃ、Ｄに沿う方向）に互いに離間して配置されている。上流側部２１には、吸込口１１が形成されている。吸込口１１は、上流側部２１の中央に形成された四角孔形状の開口である。下流側部２２には、吹出口１２が形成されている。吹出口１２は、下流側部２２の中央からずらして形成された四角孔形状の開口である。ここでは、吹出口１２は、下流側部２２の第２側部２４側に寄った位置に配置されている。第１側部２３は、縦置形態の場合にケーシング２の前側面を形成し、横置形態の場合にケーシング２の右側面を形成する部材である。第２側部２４は、縦置形態の場合にケーシング２の後側面を形成し、横置形態の場合にケーシング２の左側面を形成する部材である。第１側部２３及び第２側部２４は、ケーシング２の長手方向に直交する方向（縦置形態の場合は回転軸線Ａ及び開口方向Ｂ、Ｃ、Ｄに直交する水平方向Ｘ、横置形態の場合は回転軸線Ａ及び開口方向Ｂ、Ｃ、Ｄに直交する左右方向Ｙ）に互いに離間して配置されている。第３側部２５は、縦置形態の場合にケーシング２の右側面を形成し、横置形態の場合にケーシング２の天側面を形成する部材である。第４側部２６は、縦置形態の場合にケーシング２の左側面を形成し、横置形態の場合にケーシング２の底側面を形成する部材である。第３側部２５及び第４側部２６は、ケーシング２の長手方向に直交する方向（縦置形態の場合は回転軸線Ａ及び開口方向Ｂ、Ｃに直交する左右方向Ｙ、横置形態の場合は回転軸線Ａ及び開口方向Ｂ、Ｃ、Ｄに直交する鉛直方向Ｚ）に互いに離間して配置されている。

また、ここでは、上流側部２１に吸込口１１の外周縁を囲むように複数の突条２１ａが形成されており、下流側部２２に吹出口１２の外周縁を囲むように形成された複数の突条２２ａが形成されている。そして、突条２１ａを介して吸込ダクト１８が接続され、突条２２ａを介して吹出ダクト１９が接続されており、これにより、ここでは、空気調和装置１は、ダクト１８、１９を通じて空調室との間で空気のやりとりを行うダクト接続型の空気調和装置となっている。尚、ここでは、吸込口１１及び吹出口１２が四角孔形状であり、ダクト１８、１９も四角管形状であるが、これに限定されるものではなく、種々の形状を採用してもよい。また、空気調和装置１の型式も、ダクト接続型に限定されるものではなく、吸込口１１や吹出口１２から直接に空調室との間で空気のやりとりを行う型式等であってもよい。

仕切部材３は、上記のように、ケーシング２内を吸込口１１側の熱交換器室Ｓ１と吹出口１２側のファン室Ｓ２とに仕切っており、熱交換器室Ｓ１とファン室Ｓ２とを連通するファン入口１３が形成されている。仕切部材３は、主として、ケーシング２の長手方向に直交する方向（回転軸線Ａ及び開口方向Ｂ、Ｃ、Ｄに直交する方向）に平行な四角板形状の仕切本体部３１を有している。ファン入口１３は、仕切本体部３１に形成されており、ここでは、円孔形状である。仕切本体部３１の周縁辺からは、ケーシング２の側部２３〜２６の内面に沿ってファン室Ｓ２側に向かって延びる四角枠形状の仕切周縁部３２が形成されている。

熱交換器４は、上記のように、熱交換器室Ｓ１に設けられている。熱交換器４は、冷房時に熱交換器室Ｓ１を流れる空気を冷媒によって冷却する熱交換器である。また、暖房時には、熱交換器室Ｓ１を流れる空気を冷媒によって加熱することもできる。ここでは、熱交換器４として、多数のフィン及び伝熱管からなるフィンチューブ型熱交換器が採用されている。そして、熱交換器４には、建物外に設置された室外ユニットなどから冷媒が供給されるようになっている。熱交換器４は、ケーシング２の第３側部２５寄りの部分４１と、ケーシング２の第４側部２６寄りの部分４２とを有している。そして、熱交換器４の第３側部２５寄りの部分４１は、ファン入口１３に近い側から吸込口１１に近い側に向かうにつれて、第３側部２５に近づくように傾斜して配置されている。熱交換器４の第４側部２６寄りの部分４２は、ファン入口１３に近い側から吸込口１１に近い側に向かうにつれて、第４側部２６に近づくように傾斜して配置されている。これにより、熱交換器４は、ファン入口１３に近い側から吸込口１１に近い側に向かうにつれて、ケーシング２の第３側部２５側及び第４側部２６に近づくＶ字形状をなしている。尚、熱交換器４の形状は、Ｖ字形状に限定されるものではなく、種々の形状を採用してもよい。

また、熱交換器室Ｓ１には、熱交換器４において発生する結露水を受けるドレンパン４３、４４が設けられている。第１ドレンパン４３は、羽根車５１の回転軸５２（回転軸線Ａ）が水平方向Ｘを向いた状態でケーシング２が配置される場合（横置形態）に使用されるドレンパンである。第２ドレンパン４４は、羽根車５１の回転軸５２（回転軸線Ａ）が鉛直方向Ｚを向いた状態でケーシング２が配置される場合（縦置形態）に使用されるドレンパンである。第１ドレンパン４３は、ファン入口１３の開口方向Ｂに沿うケーシング２の側部２３〜２６の１つである第４側部２６に寄った位置に配置されている。これにより、第１ドレンパン４３は、横置形態の場合に、ケーシング２の底側面を形成する第４側部２６の上側において、熱交換器４の下方を受けるように配置されていることになる。第２ドレンパン４４は、ファン入口１３の開口方向Ｂに直交する方向に沿うケーシング２の側部２１、２２の１つである上流側部２１に寄った位置に配置されている。これにより、第２ドレンパン４４は、縦置形態の場合に、ケーシング２の底側面を形成する上流側部２１の上側において、熱交換器４の下方を受けるように配置されていることになる。そして、ここでは、縦置形態及び横置形態の両方に対応できるが、縦置形態においても、横置形態に使用される第１ドレンパン４３が熱交換器室Ｓ１に存在し、横置形態においても、縦置形態に使用される第２ドレンパン４４が熱交換器室Ｓ１に存在することになる。

遠心ファン５は、上記のように、複数の後向き羽根５３を有する羽根車５１を有しており、回転軸５２（回転軸線Ａ）がファン入口１３の開口方向Ｂを向いた状態で羽根車５１がファン室Ｓ２に設けられてファン入口１３を通じて熱交換器室Ｓ１の空気をファン室Ｓ２に吸い込む。また、ファン室Ｓ２には、羽根車５１を回転駆動するファンモータ５９が設けられている。ここで、ファン室Ｓ２には、羽根車５１の回転軸５２（回転軸線Ａ）に沿って、ファン入口１３に最も近い側に、羽根車５１が配置されており、羽根車５１の風下側にファンモータ５９が配置されている。また、ファン入口１３には、ベルマウス３３が設けられている。ここで、ファン室Ｓ２の羽根車５１の風下側の空間をファン風下空間Ｓ２１とする。これにより、ファンモータ５９は、ファン風下空間Ｓ２１に配置されていることになる。

羽根車５１は、ハブ５４と、シュラウド５５と、ハブ５４とシュラウド５５との間に配置された複数の後向き羽根５３と、を有している。ハブ５４は、複数の後向き羽根５３の吹出口２２側の端部を結ぶとともに回転軸５２（回転軸線Ａ）を中心として回転する。ハブ５４は、その中央にシュラウド５５側に突出するハブ突出部５４ａを有する円板形状の部材である。ハブ突出部５４ａは、ファンモータ５９に連結されている。ここでは、ハブ突出部５４ａの中央に形成された軸孔５４ｂにファンモータ５９の回転軸５２が固定されている。シュラウド５５は、ハブ５４のファン入口１３側に対向しており、複数の後向き羽根５３のファン入口１３側の端部を結ぶとともに回転軸５２（回転軸線Ａ）を中心として回転する。シュラウド５５には、回転軸５２（回転軸線Ａ）を中心として円孔形状のファン開口５５ａが形成された円環形状の部材である。シュラウド５５は、その外径がハブ５４に近い側に向かうにつれて大きくなる湾曲形状をなしている。複数の後向き羽根５３は、ハブ５４とシュラウド５５との間に回転軸５２（回転軸線Ａ）の周方向に沿って所定の間隔を空けて配置されている。各後向き羽根５３は、ハブ５４の径方向に対して羽根車５１の回転方向Ｒ（ここでは、吹出口２２側から見た際の時計回り方向）の反対向きに傾斜している羽根である。

ベルマウス３３は、羽根車５１のファン開口５５ａに対向するように、仕切部材３のファン入口１３に設けられており、熱交換器室Ｓ１からの空気を羽根車５１のファン開口５５ａに案内する。ベルマウス３３は、回転軸５２（回転軸線Ａ）を中心とする円環形状の部材である。ベルマウス３３は、その外径がシュラウド５５に近い側に向かうにつれて小さくなる湾曲形状をなしている。

ファンモータ５９は、ファン風下空間Ｓ２１において、羽根車５１の回転軸５２（回転軸線Ａ）と同軸上になるように配置されている。ファンモータ５９は、回転軸５２（回転軸線Ａ）を中心とする円柱形状をなしている。ここでは、ファンモータ５９は、モータ支持台３４を介して仕切部材３に固定されている。具体的には、モータ支持台３４は、仕切部材３の仕切周縁部３２のケーシング２の第３側部２５寄りの部分及び第４側部２６寄りの部分からファンモータ５９の外周面付近に向かって延びる門形状の支持フレーム３５、３６を有している。そして、ファンモータ５９は、その外周面から第３側部２５側及び第４側部２６側に向かって延びる端板部５９ａが、ブラケット３７を介して支持フレーム３５、３６に固定されている。これにより、羽根車５１及びファンモータ５９を含む遠心ファン５は、モータ支持台３４を介して仕切部材３に固定されていることになる。このため、メンテナンス時などにおいては、ケーシング２から仕切部材３を取り外すことによって、遠心ファン５全体を取り外すことができるようになっている。

また、ファン室Ｓ２のファン風下空間Ｓ２１は、吹出口１２に対向する部分である吹出口対向空間Ｓ２２を有している。ここでは、吹出口１２が下流側部２２の第２側部２４側に寄った位置に配置されているため、ケーシング２を吹出口１２側から見た際に、吹出口１２の開口の周縁辺に沿う部分、すなわち、第２側部２４、第３側部２５の第２側部２４寄りの部分、及び、第４側部２６の第２側部２４寄りの部分によって囲まれる空間が吹出口対向空間Ｓ２２になっている。そして、ファン風下空間Ｓ２１のうち吹出口対向空間Ｓ２２を除く部分は、羽根車５１の風下側の位置においてファン入口１３に対向している吹出口非対向面部２７を設けることによって、この吹出口非対向面部２７に対向しているが吹出口１２に対向しない吹出口非対向空間Ｓ２３が形成されている。また、ここでは、吹出口非対向面部２７の吹出口１２側の端部からファン入口１３の開口方向Ｂ及び吹出口１２の開口方向Ｃに沿って吹出口１２側に延びる吹出口周縁面部２８が設けられている。これにより、ここでは、吹出口非対向面部２７、吹出口周縁面部２８、下流側部２２の吹出口１２が形成されていない第１側部２３寄りの部分、第１側部２３、第３側部２５、及び、第４側部２６によって、空気調和装置１を構成する機器の制御に使用される電装品１４が配置される電装品室Ｓ３が形成されている。また、吹出口対向空間Ｓ２２の吹出口１２寄りの部分、すなわち、吹出口周縁面部２８、第２側部２４、第３側部２５の第２側部２４寄りの部分、及び、第４側部２６の第２側部２４寄りの部分によって囲まれる空間が、吹出口１２と同じ開口サイズを有する吹出通路部Ｓ２４になっている。

また、ここでは、ファン室Ｓ２のファン風下空間Ｓ２１に、遠心ファン５の羽根車５１によってファン風下空間Ｓ２１に吹き出された空気を加熱する電気ヒータ６が設けられている。電気ヒータ６は、暖房時にファン室Ｓ２を流れる空気を加熱する加熱手段である。ここでは、電気ヒータ６（加熱手段）として、電熱線をコイル状に形成したヒータエレメントの集合体が採用されている。電気ヒータ６（加熱手段）は、ファン風下空間Ｓ２１のうち吹出口１２に対向する部分である吹出口対向空間Ｓ２２に配置されている。より具体的には、電気ヒータ６（加熱手段）は、吹出口対向空間Ｓ２２のうち吹出口１２寄りの吹出通路部Ｓ２４に配置されている。尚、電気ヒータ６（加熱手段）は、電熱線をコイル状に形成したヒータエレメントの集合体に限定されるものではなく、種々の型式のヒータを採用してもよい。

（２）空気調和装置の基本動作
次に、空気調和装置１の基本動作について、図１〜図９を用いて説明する。

上記の構成を有する空気調和装置１では、ファンモータ５９の駆動によって遠心ファン５の羽根車５１が回転する。これにより、吸込口１１、熱交換器室Ｓ１、ファン入口１３、ファン室Ｓ２、吹出口１２の順にケーシング２内を通過する空気の流れが発生する。

そして、冷房時においては、吸込口１１を通じてケーシング２内に送られた空気は、熱交換器室Ｓ１に流入して、熱交換器４を流れる冷媒によって冷却される。そして、熱交換器４によって冷却された空気は、ファン入口１３を通じてファン室Ｓ２に流入して、遠心ファン５の羽根車５１に吸い込まれる。羽根車５１に吸い込まれた空気は、羽根車５１の風下側のファン風下空間Ｓ２１に吹き出される。このファン風下空間Ｓ２１に吹き出された空気は、吹出口１２を通じてケーシング２外に送られる。

また、暖房時においては、吸込口１１を通じてケーシング２内に送られた空気は、熱交換器室Ｓ１に流入して、熱交換器４を流れる冷媒によって加熱される。この熱交換器４によって加熱された空気は、ファン入口１３を通じてファン室Ｓ２に流入して、遠心ファン５の羽根車５１に吸い込まれる。羽根車５１に吸い込まれた空気は、羽根車５１の風下側のファン風下空間Ｓ２１に吹き出される。このファン風下空間Ｓ２１に吹き出された空気は、電気ヒータ６（加熱手段）によってさらに加熱された後に、吹出口１２を通じてケーシング２外に送られる。

（３）遠心ファンの送風性能を向上させるための構成
上記の構成を有する空気調和装置１では、ファン入口１３が吹出口１２に対向するように形成されたファン室Ｓ２に回転軸５２（回転軸線Ａ）がファン入口１３及び吹出口１２の開口方向Ｂ、Ｃを向いた状態で後向き羽根５３の遠心ファン５が設けられている。

このようなファン室Ｓ２における遠心ファン５の配置では、遠心ファン５の羽根車５１から吹き出された直後の空気の径方向成分が強いため、この径方向成分がファン室Ｓ２における通風抵抗を増大させて、送風性能の向上を妨げる原因となっている。

したがって、空気調和装置１では、このような羽根車５１から吹き出された直後の空気の径方向成分が強い傾向を考慮して、遠心ファン５の送風性能を向上させることが望まれる。

そこで、ここでは、羽根車５１の形状に工夫を施している。具体的には、図７、図１０及び図１１に示すように、ハブ５４の外径φｘを後向き羽根５３の外径φ２（複数の後向き羽根５３の最外周端までの径）よりも短くした羽根車５１を採用するようにしている。ここで、図１０は、図２のＩ−Ｉ断面図であり、図１１は、羽根車５１をハブ５４側から見た外観斜視図である。

このように、ここでは、回転軸５２（回転軸線Ａ）がファン入口１３及び吹出口１２の開口方向Ｂ、Ｃを向いた状態でファン室Ｓ２に設けられた遠心ファン５の羽根車５１において、ハブ５４の外径φｘを後向き羽根５３の外径φ２よりも短くしたものを採用している。このため、ここでは、遠心ファン５の羽根車５１から吹き出された直後の空気の軸方向成分を強めるとともに径方向成分を弱めることができ、これにより、斜流流れの傾向を強めることができることができる。

これにより、ここでは、ファン室Ｓ２における通風抵抗を低減することができ、遠心ファン５の送風性能を向上させることができる。

ここで、遠心ファン５の羽根車５１から吹き出された直後の空気によってファン室Ｓ２における通風抵抗が増大する程度は、後向き羽根５３とケーシング２の側部２３〜２６との距離の影響を受ける。すなわち、後向き羽根５３とケーシング２の側部２３〜２６との距離が小さくなるほど、通風抵抗が増大する傾向にある。また、斜流流れの程度は、ハブ５４の外径φｘの影響を受ける。すなわち、ハブ５４の外径φｘが小さくなるほど、斜流流れの傾向を強めることができる。但し、ハブ５４の外径φｘが小さくなり過ぎると、後向き羽根５４の送風機能そのものが損なわれてしまう。このような特質から、ハブ５４の外径φｘを後向き羽根５３の外径φ２（複数の後向き羽根５３の最外周端までの径）よりも短くした羽根車５１を採用する際には、後向き羽根５３とケーシング２の側部２３〜２６との距離が小さい状況下で、後向き羽根５３の送風機能を損なわずに斜流流れの傾向が得られるようにすることが好ましい。

そこで、ここでは、ハブ５４の外径φｘを後向き羽根５３の外径φ２（複数の後向き羽根５３の最外周端までの径）よりも短くした羽根車５１を採用するにあたり、後向き羽根５３の外径φ２が羽根車５１の外周側を囲むケーシング２の側部２３〜２６の水力直径ｄｈの０．７５倍以上の状況下において、ハブ５４の外径φｘを後向き羽根５３の外径φ２の０．９１〜０．９６倍にしている。ここで、ケーシング２の水力直径ｄｈは、ケーシング２を回転軸５２（回転軸線Ａ）に沿う方向から見た際に、ケーシング２の側部２３〜２６が四角形形状の断面を有しているため、側部２３、２６の幅Ｗ及び側部２４、２５の幅Ｈを用いて、次式で表すことができる。尚、Ｗ×Ｈは、羽根車５１の外周側を囲むケーシング２の側部２３〜２６の断面積であり、２×Ｗ＋２×Ｈは、羽根車５１の外周側を囲むケーシング２の側部２３〜２６の周長さである。

ｄｈ ＝ ４×（Ｗ×Ｈ）／（２×Ｗ＋２×Ｈ）
次に、種々のケーシング２の水力直径ｄｈに対する後向き羽根５３の外径φ２の比（＝φ２／ｄｈ）の状況下における後向き羽根５３の外径φ２に対するハブ５４の外径φｘの比（＝φｘ／φ２）と送風効率との関係を図１２〜図１５に示す。これらのグラフによれば、φ２／ｄｈが０．７５以上の後向き羽根５３とケーシング２の側部２３〜２６との距離が小さい状況下では、φｘ／φ２が０．９１〜０．９６の範囲内で送風効率が最大になっている（図１２〜図１４参照）。これは、φｘ／φ２が０．９１〜０．９６の範囲内になるようにハブ５４の外径φｘを後向き羽根５３の外径φ２よりも短くすることによって、斜流流れの傾向が得られ、この斜流流れの傾向によって通風抵抗が抑えられ、送風効率の向上につながっているものと考えられる。一方、φ２／ｄｈが０．７５よりも小さくなる後向き羽根５３とケーシング２の側部２３〜２６との距離が大きい状況下では、φｘ／φ２が０．９１〜０．９６の範囲内で送風効率が最大にならず、むしろハブ５４の外径φｘを後向き羽根５３の外径φ２よりも短くしない状態（φｘ／φ２＝１．００）で送風効率が高くなっている。これは、φｘ／φ２が０．９１〜０．９６の範囲内になるようにハブ５４の外径φｘを後向き羽根５３の外径φ２よりも短くすることによって、斜流流れの傾向が得られるが、φ２／ｄｈが０．７５よりも小さくなる後向き羽根５３とケーシング２の側部２３〜２６との距離が大きい状況下では、この斜流流れの傾向を得たとしても、通風抵抗が抑えられる効果が非常に小さく、ハブ５４の外径φｘを後向き羽根５３の外径φ２よりも短くすることによって後向き羽根５４の送風機能が損なわれる悪影響のほうが相対的に大きくなっているものと考えられる。このように、φ２／ｄｈ、φｘ／φ２及び送風効率の間には、密接な関係があり、その特質を考慮して、ケーシング２の側部２３〜２６のサイズ（Ｗ、Ｈ）やむしろ後向き羽根５３に対するハブ５４のサイズ（φｘ、φ２）を適切に設定することが好ましい。

これにより、ここでは、ハブ５４の外径φｘを後向き羽根５３の外径φ２よりも短くした羽根車５１を採用するにあたり、上記のような特質を考慮して、遠心ファン５の送風性能を効果的に向上させることができる。

また、ここでは、後向き羽根５３の外径φ２からハブ５４の外径φｘを差し引いた長さ（＝φ２−φｘ）が、後向き羽根５３の外径φ２から後向き羽根５３の内径φ１（複数の後向き羽根５３の最内周端までの径）を差し引いた長さである翼弦長さ（＝φ２−φ１）の０．４倍以下である。

このように、ここでは、ハブ５４の外径φｘを後向き羽根５３の外径φ２よりも短くした羽根車５１を採用するにあたり、後向き羽根５３の外径φ２からハブ５４の外径φｘを差し引いた長さφ２−φｘを翼弦長さφ２−φ１の０．４倍以下にしている。

これにより、ここでは、ハブ５４の外径φｘを後向き羽根５３の外径φ２よりも短くした羽根車５１を採用するにあたり、後向き羽根５３をハブ５４によって確実に支持し、構造強度を向上させることができる。

（４）変形例
上記の遠心ファン５の羽根車５１では、ハブ５４の周方向全体にわたってハブ５４の外径φｘが後向き羽根５３の外径φ２よりも短くなっているが、これに限定されるものではない。ここでは図示しないが、例えば、羽根車５１を回転軸５２（回転軸線Ａ）に沿う方向から見た際に、ハブ５４のうち複数の後向き羽根５３の周方向間の部分だけを後向き羽根５３の外径φ２よりも短くするようにしてもよい。但し、この場合には、ハブ５４の周方向全体にわたってハブ５４の外径φｘを後向き羽根５３の外径φ２よりも短くする場合と比べて、斜流流れを強める効果が小さくなるため、送風性能の向上の程度がやや小さくなる傾向にある。

本発明は、ファン入口が吹出口に対向するように形成されたファン室に回転軸がファン入口及び吹出口の開口方向を向いた状態で後向き羽根の遠心ファンが設けられた空気調和装置に対して、広く適用可能である。

１ 空気調和装置
２ ケーシング
３ 仕切部材
４ 熱交換器
５ 遠心ファン
１１ 吸込口
１２ 吹出口
１３ ファン入口
２３〜２６ ケーシングの側部
５１ 羽根車
５２ 回転軸
５３ 後向き羽根
５４ ハブ
Ｓ１ 熱交換器室
Ｓ２ ファン室

特開平６−２８１１９４号公報

Claims (3)

1. 吸込口（１１）と吹出口（１２）とが形成されているケーシング（２）と、
   前記ケーシング（２）内を前記吸込口側の熱交換器室（Ｓ１）と前記吹出口側のファン室（Ｓ２）とに仕切っており、前記熱交換器室と前記ファン室とを連通するファン入口（１３）が前記吹出口に対向するように形成されている仕切部材（３）と、
   前記熱交換器室に設けられている熱交換器（４）と、
   複数の後向き羽根（５３）を有する羽根車（５１）を有しており、回転軸（５２）が前記ファン入口及び前記吹出口の開口方向を向いた状態で前記羽根車が前記ファン室に設けられて前記ファン入口を通じて前記熱交換器室の空気を前記ファン室に吸い込む遠心ファン（５）と、
   を備えており、
   前記羽根車は、前記複数の後向き羽根の前記吹出口側の端部を結ぶとともに前記回転軸を中心として回転するハブ（５４）をさらに有しており、
   前記ハブの外径は、前記後向き羽根の外径よりも短く、
   前記後向き羽根の外径は、前記羽根車の外周側を囲む前記ケーシングの側部（２３〜２６）の水力直径の０．７５倍以上であり、
   前記ハブの外径は、前記後向き羽根の外径の０．９１〜０．９６倍である、
   空気調和装置（１）。
2. 前記ハブ（５４）の外径は、前記後向き羽根の前記ハブ側の端部における外径の０．９１〜０．９６倍である、
   請求項１に記載の空気調和装置（１）。
3. 前記後向き羽根（５３）の外径から前記ハブ（５４）の外径を差し引いた長さは、前記後向き羽根の外径から前記後向き羽根の内径を差し引いた長さである翼弦長さの０．４倍以下である、
   請求項１又は２に記載の空気調和装置（１）。

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