JP6882959B2 - 排水ポンプ及び空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、例えば空気調和機のドレンパンに溜まったドレン水（結露水）を排水するための排水ポンプ（ドレンポンプ）、この排水ポンプを備えた空気調和機に関する。

従来、空気調和機用排水ポンプとして、例えば特開２０１７−１０６３８８号公報（特許文献１）に開示されたものがある。この種の排水ポンプでは、その性能として高流量化が求められており、特開２０１７−１０６３８８号公報のものでは、ポンプハウジング内のポンプロータにおける軸部１２Ｂの突起（小羽根）１２ｂの形状を改良して排水する流量を増加させるようにしている。

特開２０１７−１０６３８８号公報

特許文献１のものでは、流量は増加できるものの、低揚程時に空気調和機用排水ポンプに振動が生じることがある。この振動が空気調和機用排水ポンプが取り付けられるユニットに伝播しユニットそのものが振動すると騒音の原因となるという問題がある。例えば、図７に示すように、低揚程の場合、ポンプハウジングａに吸入される水量は満水とはならず、水と空気とが混在する。さらに、ポンプロータｂの回転により水が回転し、気液境界面ｃがすり鉢状に傾斜するので、この気液境界面ｃを突起片ｄが通過するとき、気泡ｅが発生する。このため、ポンプハウジングａ内での、水と空気とによる回転軸回りの質量分布が大きくばらつき、回転力が振動を発生させる。すなわち、ポンプハウジングａ内に多量の気泡ｅが発生することで、流体が変則的な回転を繰り返し、この流体がポンプハウジングａの内壁や吐出口に当たる衝撃でポンプの振動が生じる。

本発明は、高流量を維持しつつも、ポンプハウジングの振動を抑えて、排水ポンプが取り付けられるユニットの静音性を確保できる排水ポンプを提供することを課題とする。

請求項１の排水ポンプは、吸入口および吐出口を有した筒状のポンプハウジングと、前記ポンプハウジングの内部に回転自在に設けられ前記ポンプハウジング内の流体に遠心力を付与するポンプロータとを備え、前記ポンプロータの回転により前記吸入口から吸入した流体を前記吐出口から排出するようにした排水ポンプであって、前記ポンプロータは、下方に小羽根と、上方に配置され流体に遠心力を付与しその遠心力により前記吐出口から水を排出する複数の突起片と、前記小羽根と前記突起片との間に形成された底板を有し、前記ポンプハウジングは、排出管が接続される前記吐出口を有した内周面が形成された略円筒状の空間を有し、前記小羽根は、前記ポンプハウジングの前記吸入口内に配置され、前記突起片及び底板は、前記空間内に配置され、前記ポンプロータの前記底板の外周縁と前記ポンプハウジングの前記空間の内周面との隙間が、前記ポンプロータの前記底板の外径に対して８．５％以上１５％以下の大きさに設定されていることを特徴とする。

請求項２の排水ポンプは、請求項１に記載の排水ポンプであって、前記ポンプロータの前記突起片は櫛形で前記底板に立設され、前記底板の外径が２６ｍｍ以上であることを特徴とする。

請求項３の排水ポンプは、請求項１または２に記載の排水ポンプであって、前記ポンプハウジングの内径が７０ｍｍ以下であることを特徴とする。

請求項５の空気調和機は、室内熱交換器、室外熱交換器、絞り装置及び圧縮機を含む冷媒回路を備えた空気調和機であって、前記室内熱交換器が設けられた室内ユニット内に請求項１乃至４のいずれか一項に記載の排水ポンプを備えたことを特徴とする。

請求項１乃至４の排水ポンプによれば、ポンプロータの外周縁とポンプハウジングの内周面との隙間が、気泡を分散させる領域として十分な隙間となるので、ポンプロータの回転により発生する気泡がポンプハウジングの内周面に到達するまでに分散させることでポンプハウジングの内周面等に対する衝撃を緩和でき、ポンプハウジングの振動を低減して、排水ポンプが取り付けられるユニットの静音性を確保することができる。

請求項５の空気調和機によれば、請求項１乃至４のいずれか一項と同様な作用効果により静音性を確保できる。

本発明の実施形態の排水ポンプの一部破断正面図である。 蓋ケースを除いた場合の図１のＡ−Ａ矢視図である。 実施形態に係る排水ポンプの片側クリアランスのポンプロータに対する外径比と振動振幅の実測値を示す図である。 実施形態に係る排水ポンプの振動が低減する作用を説明する図である。 実施形態の排水ポンプに好適な各部の寸法の範囲を示す図である。 本発明の一実施形態に係る空気調和機の概略構成を示す図である。 従来の排水ポンプで振動が発生する状態を示す図である。

次に、本発明の排水ポンプの実施形態を図面を参照して説明する。図１は実施形態の排水ポンプの一部破断正面図、図２は蓋ケースを除いた場合の図１のＡ−Ａ矢視図である。なお、以下の説明における「上下」の概念は図１の図面における上下に対応する。

この実施形態の排水ポンプ１００は、ポンプ部１０と、モータ部２０と、上部カバー３０とを備えている。ポンプ部１０は、樹脂製で円筒状のポンプハウジング１と、後述の樹脂製のポンプロータ２と、樹脂製で円筒形状の蓋ケース３とを有している。蓋ケース３の外周には取付けアーム３１が形成されている。モータ部２０は、回路基板やステータを内蔵して樹脂により一体成形された樹脂モールド部２０１を有している。上部カバー３０は薄型で円形蓋状の形状をしており、その外周にはフック３０１が形成されている。

そして、モータ部２０の樹脂モールド部２０１に上部カバー３０が嵌合され、上部カバー３０のフック３０１を蓋ケース３の取付けアーム３１に係止することにより、モータ部２０と上部カバー３０が蓋ケース３に取り付け固定されている。なお、フック３０１と取付アーム３１とはスナップフィットとなっている。また、上部カバー３０には、当該排水ポンプをユニット天板等に固定するためのブラケット３０２が形成されており、ブラケット３０にはユニット天板等への取付ネジを挿通する挿通孔（図示せず）が設けられている。

ポンプハウジング１は、樹脂成形部品として一体に形成されており、後述の室内熱交換器のドレンパン内に配置される吸入口１１と、後述の排出管が接続される吐出口１２とを有している。なお、ポンプハウジング１は外周の２箇所に嵌合部１ａ（図２参照）を有しており、この嵌合部１ａを蓋ケース３の底板部３２を有する下端部に設けられた図示しない係止部に係止することにより、ポンプハウジング１と蓋ケース３が取り付け固定されている。なお、この嵌合部１ａと、嵌合部１ａが係止される蓋ケース３の上記係止部とはスナップフィットとなっている。また、ポンプハウジング１と蓋ケース３はＯリング１０ａを介して気密に固定されている。そして、モータ部２０におけるモータの出力軸２０ａが蓋ケース３内を貫通してポンプハウジング１内に延設されている。

ポンプハウジング１内には、ポンプロータ２が配設されている。ポンプロータ２は、例えば樹脂材料で一体に形成され、軸線Ｌを中心とする軸嵌合ハブ２１と、この軸嵌合ハブ２１の下方に軸線Ｌの方向に沿って延びる複数（例えば４枚）の板状の小羽根２２と、軸嵌合ハブ２１と小羽根２２との間で略逆円錐状に形成された「底板」としての円錐板２３と、この円錐板２３に立設され、流体に遠心力を付与する撹拌体を構成する複数の櫛形の突起片２４と、を有して構成されている。

小羽根２２は、吸入口１１内に配置され、軸嵌合ハブ２１がモータ部２０の出力軸２０ａに固定されている。そして、モータ部２０によりポンプロータ２が回転し、吸入口１１内で小羽根２２が回転することにより、ドレンパンの水が吸入口１１内を上昇し、円錐板２３と櫛形の突起片２４とによりポンプハウジング１内の水が回転し、その遠心力により水が吐出口１２から吐出される。なお、蓋ケース３は、底板部３２から立設する縦壁を有しており、縦壁は多重構造となっている。この多重構造により内部から外部に通じる通路がラビリンス構造となっており、主に吸入口１１内で発生する水掻き音が、外部に漏れるのを低減している。なお本実施形態では二重構造となっている。

ポンプハウジング１内の空間Ｓ１は、ポンプロータ２の円錐板２３の形状に倣った略円錐状の空間となっている。そして、この空間Ｓ１内で水が軸線Ｌ回りに回転する。ここで、前記図７で説明したように、低揚程の場合、ポンプハウジング１の空間Ｓ１内に吸入される水に対して、気液境界面を突起片２４が通過するとき、気泡が発生する。そこで、この気泡による振動を低減するために、本実施形態では、ポンプロータ２の円錐板２３の外周縁２Ａとポンプハウジング１の内周面１Ａとの隙間Ｄを以下のように設定することで、振動の発生を低減するようにしている。なお、この隙間Ｄを「片側クリアランス」ともいう。

図２に示すように、ポンプハウジング１の内周面１Ａの内径をＰ、ポンプロータ２の外周縁２Ａの外径をＱとすると、上記隙間Ｄは
Ｄ＝（Ｐ−Ｑ）／２
であり、この隙間Ｄのポンプロータ２の外径Ｑに対する比率（百分率）
Ｒ＝（Ｄ／Ｑ）×１００［％］
を８．５％以上としている。

図３は実施形態の排水ポンプと同様な構造で、ポンプロータ２に対してポンプハウジング１の内径Ｐを変化させて振動の振幅を測定した実測例を示す図である。この測定は、ポンプロータ２の外径ＱがＱ＝φ３４［ｍｍ］と、Ｑ＝φ３６［ｍｍ］である場合について、片側クリアランスの外径比Ｒを変化させて、振動の振幅を測定している。横軸は外径比Ｒで、縦軸は振動の振幅である。なお、振動の振幅とは所定期間の振幅波形の変位の最大値と変位の最少値の差（ピーク間の差）の値をμｍ（ミクロン）で示している。この図３から判るように、Ｑ＝φ３４［ｍｍ］とＱ＝φ３６［ｍｍ］のいずれの場合も、振動の振幅は外径比Ｒに対して同様な傾向を示し、特に外径比Ｒが、
Ｒ≧８．５［％］
の範囲で振動の振幅が低くなっている。

この結果は、後述の範囲においても同様な結果となったことが確認された。

図４は実施形態の排水ポンプで振動が低減する作用を説明する図であり、細部部材は省略して図示してある。前記のように、隙間Ｄの外径比Ｒを８．５［％］以上とすることで、隙間Ｄが従来よりも大きくなっている。このため、ポンプロータ２とポンプハウジング１の内周面１Ａとの間に気泡を分散させる分散領域Ｅが形成される。すなわち、ポンプハウジング１内の水は回転する遠心力により、内周面１Ａ寄りの分散領域Ｅ側に移動する。このように、ポンプロータ２からポンプハウジング１の内周面１Ａまでの距離を拡げることで、ポンプロータ２で発生した気泡Ｂを分散領域Ｅで分散させ、気泡Ｂの数密度を下げてポンプハウジング１の内周面１Ａに衝突する気泡Ｂを減少させることで、ポンプハウジング１への衝撃を緩和することができる。これにより、排水ポンプ１００の振動が低減される。

このように、本発明の実施形態である排水ポンプは、吸入口１１および吐出口１２を有した筒状のポンプハウジング１と、このポンプハウジング１の内部に回転自在に設けられポンプハウジング１内の流体に遠心力を付与するポンプロータ２とを備え、ポンプロータ２の回転により吸入口１１から吸入した流体を吐出口１２から排出するようにした排水ポンプであって、ポンプロータ２の外周縁とポンプハウジング１の内周面との間に、気泡を分散させる分散領域Ｅが設けられていることを特徴としている。

図５は実施形態の排水ポンプにおける好適な数値範囲を示す図であり、横軸はポンプロータ２（円錐板２３）の外径Ｑ、縦軸は片側クリアランスＤ（隙間Ｄ）である。３本の傾斜線は凡例に示すように、各外径比Ｒを示す、
Ｒ＝８．５［％］
Ｒ＝１５［％］
Ｒ＝２５［％］
の線である。また、縦の線はポンプロータ２の外径Ｑが
Ｑ＝２６［ｍｍ］
の線である。また、傾きが負の傾斜線はポンプハウジング１の内周面１Ａの内径Ｐが
Ｐ＝７０［ｍｍ］
の線である。そして、これらの線で囲われたハッチングを付記した領域が好適な数値の範囲である。

すなわち、以下の条件（１）〜（４）を満たす範囲が好適な数値である。
外径比Ｒが、
８．５［％］≦Ｒ≦２５［％］…（１）
ポンプロータ２の外径Ｑが
２６［ｍｍ］≦Ｑ≦５９．８［ｍｍ］…（２）
片側クリアランスＤが、
２．２［ｍｍ］≦Ｄ≦１１．７［ｍｍ］…（３）
ポンプハウジング１の内周面１Ａの内径Ｐが、
３０．４［ｍｍ］≦Ｐ≦７０［ｍｍ］…（４）

外径比Ｒが２５［％］を超えると排水能力が低下するが、上記の条件（１）の範囲で外径比Ｒが１５［％］以下がより好ましい。また、櫛形の突起片２４を備えたポンプロータの場合、条件（２）のように、外径Ｑを２６［ｍｍ］以上とすることが好ましい。このようにすることで必要とされる外径を有する突起片２４の本数を維持できるため排水能力の低下を抑制できる。また、より好ましくは外径Ｑが３０［ｍｍ］以上である。また、空気調和機に用いられる排水ポンプにおいては、ブラケット３０２に設けられる取付ネジの挿通孔（図示せず）の中心円（それぞれの挿通孔の中心によって描かれる円）の直径は一般的に概ね７１〜７５[ｍｍ]程度であり、また、排水ポンプの大型化を抑制する観点からポンプハウジング１の内周面１Ａの内径Ｐは、条件（４）のように７０［ｍｍ］以下が好ましい。

以下に、本発明の一実施形態に係る空気調和機について、図６を参照して説明する。図６は本発明の一実施形態に係る空気調和機の概略構成を示す図である。この空気調和機は、例えば、家屋や商業施設などに設けられるエアコン等として用いられる。

この空気調和機は、室内熱交換器１１０と、室外熱交換器１２０と、絞り装置１３０と、圧縮機１４０と、流路切換弁１５０とを含む冷凍サイクルを備えている。室内熱交換器１１０は室内ユニット２００内に設けられ、室外熱交換器１２０と、絞り装置１３０と、圧縮機１４０と、流路切換弁１５０は、室外ユニット３００内に設けられている。

空気調和機の冷凍サイクルの流路は流路切換弁１５０により「冷房モード」および「暖房モード」の２通りの流路に切換えられる。冷房モードでは、図６に実線の矢印で示すように、圧縮機１４０で圧縮された冷媒は流路切換弁１５０から室外熱交換器１２０に流入され、絞り装置１３０に流入される。そして、この絞り装置１３０で冷媒が膨張され、室内熱交換器１１０に流入される。この室内熱交換器１１０に流入された冷媒は、流路切換弁１５０を介して圧縮機１４０に流入される。一方、暖房モードでは、図６に破線の矢印で示すように、圧縮機１４０で圧縮された冷媒は流路切換弁１５０から室内熱交換器１１０に流入され、絞り装置１３０に流入される。そして、この絞り装置１３０で冷媒が膨張され、室外熱交換器１２０、流路切換弁１５０、圧縮機１４０の順に循環される。

冷房モードでは、室外熱交換器１２０が凝縮器として機能し、室内熱交換器１１０が蒸発器として機能し、室内の冷房がなされる。また、暖房モードでは、室外熱交換器１２０が蒸発器として機能し、室内熱交換器１１０が凝縮器として機能し、室内の暖房がなされる。

室内ユニット２００は、室内熱交換器１１０の下方にドレンパン４０を備えるとともに、前記実施形態の排水ポンプ１００が天板５０に取り付けられ、この排水ポンプ１００を制御する制御装置２１０を備えている。排水ポンプ１００の吸入口１１はドレンパン４０内に配置され、インペラの回転により、吸入口１１からドレンパン４０に溜まったドレン水を吸引し、吸引したドレン水を吐出口１２から吐出する。この吐出口１２には排出管が接続されており、室内ユニット２００（空気調和機）から離れた位置に排水される。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、上記の条件（１）〜（４）を満足するような数値の組み合わせで構成されているものは、本発明に含まれる。

１ ポンプハウジング
１Ａ 内周面
１１ 吸入口
１２ 吐出口
２ ポンプロータ
２Ａ 外周縁
２１ 軸嵌合ハブ
２２ 小羽根
２３ 円錐板（底板）
２４ 突起片
３ 蓋ケース
Ｌ 軸線
１０ ポンプ部
２０ モータ部
３０ 上部カバー
１００ 排水ポンプ
１１０ 室内熱交換器
１２０ 室外熱交換器
１３０ 絞り装置
１４０ 圧縮機
１５０ 流路切換弁
２００ 室内ユニット
３００ 室外ユニット

Claims (4)

1. 吸入口および吐出口を有した筒状のポンプハウジングと、前記ポンプハウジングの内部に回転自在に設けられ前記ポンプハウジング内の流体に遠心力を付与するポンプロータとを備え、前記ポンプロータの回転により前記吸入口から吸入した流体を前記吐出口から排出するようにした排水ポンプであって、
   前記ポンプロータは、下方に小羽根と、上方に配置され流体に遠心力を付与しその遠心力により前記吐出口から水を排出する複数の突起片と、前記小羽根と前記突起片との間に形成された底板を有し、前記ポンプハウジングは、排出管が接続される前記吐出口を有した内周面が形成された略円筒状の空間を有し、前記小羽根は、前記ポンプハウジングの前記吸入口内に配置され、前記突起片及び底板は、前記空間内に配置され、
   前記ポンプロータの前記底板の外周縁と前記ポンプハウジングの前記空間の内周面との隙間が、前記ポンプロータの前記底板の外径に対して８．５％以上１５％以下の大きさに設定されていることを特徴とする排水ポンプ。
2. 前記ポンプロータの前記突起片は櫛形で前記底板に立設され、前記底板の外径が２６ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の排水ポンプ。
3. 前記ポンプハウジングの内径が７０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の排水ポンプ。
4. 室内熱交換器、室外熱交換器、絞り装置及び圧縮機を含む冷媒回路を備えた空気調和機であって、
   前記室内熱交換器が設けられた室内ユニット内に請求項１乃至３のいずれか一項に記載の排水ポンプを備えたことを特徴とする空気調和機。

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