WO2016143115A1

WO2016143115A1 - ４方向カセット室内機

Info

Publication number: WO2016143115A1
Application number: PCT/JP2015/057283
Authority: WO
Inventors: 宏樹岡澤
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2015-03-12
Filing date: 2015-03-12
Publication date: 2016-09-15

Abstract

４方向カセット室内機は、円筒形状のファンモータ（８）と、ファンモータ（８）により回転駆動される主板（２）と、主板（２）に対向して配置された側板（１７）と、主板（２）と側板（１７）との間に設けられた羽根（６）と、を備え、主板２の中央部には、軸方向の側板１７側に突出した円筒形状の凸部（３）が形成されており、ファンモータ（８）は、凸部（３）の内部に収容されており、羽根車（１８）の外径をＤとし、凸部（３）の直径をＬとし、凸部（３）の高さをＨとしたとき、羽根車（１８）の外径Ｄ、凸部（３）の直径Ｌ及び高さＨは、Ｌ／Ｄ≦０．４１の関係及びＨ／Ｄ≦０．２３の関係を満たすターボファン（１）を備えたものである。

Description

４方向カセット室内機

　本発明は、ターボファンを備えた４方向カセット室内機に関するものである。

　特許文献１には、ターボファンが記載されている。このターボファンは、円盤状の主板と、主板と共に導風壁を形成する円環状の側板と、主板と側板とに跨って設置された複数枚の羽根と、を有している。主板の中央部には、軸方向の側板側に突出した凸部が形成されている。凸部の内部には、ファンモータが収容されている。ファンモータの回転軸は、凸部に設けられたボスに固定されている。

特開２０１３－１１７２３３号公報

　しかしながら、特許文献１のターボファンでは、凸部の大きさが大きいため、通風抵抗が増加してしまうという問題点があった。

　本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、通風抵抗の小さい高性能のターボファンを備えた４方向カセット室内機を提供することを目的とする。

　本発明に係る４方向カセット室内機は、円筒形状のファンモータと、前記ファンモータにより回転駆動される主板と、前記主板に対向して配置された側板と、前記主板と前記側板との間に設けられた羽根と、を備え、前記主板の中央部には、軸方向の前記側板側に突出した円筒形状の凸部が形成されており、前記ファンモータは、前記凸部の内部に収容されており、前記羽根の回転軌跡の外径をＤとし、前記凸部の直径をＬとし、前記凸部の高さをＨとしたとき、前記外径Ｄ、前記直径Ｌ及び前記高さＨは、Ｌ／Ｄ≦０．４１の関係及びＨ／Ｄ≦０．２３の関係を満たすターボファンを備えたものである。

　また、本発明に係る４方向カセット室内機は、円筒形状のファンモータと、前記ファンモータにより回転駆動される主板と、前記主板に対向して配置された側板と、前記主板と前記側板との間に設けられた羽根と、を備え、前記羽根の回転軌跡の外径をＤとし、前記ファンモータの直径をＸとし、前記ファンモータの高さをＹとしたとき、前記外径Ｄ、前記直径Ｘ及び前記高さＹは、Ｘ^２Ｙ／Ｄ^３＞０．０３８６６の関係を満たすものであり、前記主板の中央部には、軸方向の前記側板側に突出する凸部が形成されておらず、前記直径Ｘ及び前記高さＹは、Ｘ＞Ｙの関係を満たすターボファンを備えたものである。

　本発明によれば、通風抵抗の小さい高性能のターボファンを備えた４方向カセット室内機を実現できる。

本発明の実施の形態１の前提となるターボファン１の概略構成を示す斜視図である。図１に示すターボファン１を備えた室内機７の構成を示す断面図である。本発明の実施の形態１に係るターボファン１の構成を示す断面図である。本発明の実施の形態１に係るターボファン１において、吹出し風量を一定としたときの冷却穴４の総面積とファンモータ８の入力との関係を示すグラフである。本発明の実施の形態１に係るターボファン１において、吹出し風量を一定としたときの空間１４の容積とファンモータ８の入力との関係を示すグラフである。性能試験に用いたターボファン１及び室内機７の構成を示す断面図である。本発明の実施の形態１に係るターボファン１において、吹出し風量を一定としたときのＬ／Ｄとファンモータ８の入力との関係を示すグラフである。本発明の実施の形態１に係るターボファン１において、吹出し風量を一定としたときのＨ／Ｄとファンモータ８の入力との関係を示すグラフである。本発明の実施の形態１に係るターボファン１において、吹出し風量を一定とし、ファンモータ８の温度が動作不良の生じない所定温度になるように冷却穴４の総面積を調整したときのＶ／Ｄ^３とファンモータ８の入力との関係を示すグラフである。本発明の実施の形態２に係るターボファン１の構成を示す断面図である。本発明を適用可能な室内機の例を示す図である。本発明を適用可能な室内機の例を示す図である。

実施の形態１．
　本発明の実施の形態１に係るターボファンを備えた４方向カセット室内機について説明する。図１は、本実施の形態の前提となるターボファン１の概略構成を示す斜視図である。図２は、図１に示すターボファン１を備えた室内機７の構成を示す断面図である。図２では、室内機７として、天井カセット形の４方向カセット室内機を例示している。なお、図１及び図２を含む以下の図面では、各構成部材の寸法の関係や形状等が実際のものとは異なる場合がある。

　図１及び図２に示すように、ターボファン１は、羽根車１８と、羽根車１８を回転駆動するファンモータ８を覆う凸部３と、を有している。羽根車１８は、円板状の主板２と、主板２に対向して配置される円環状の側板１７と、主板２と側板１７との間に設置された複数の羽根６と、が一体化した構成を有している。

　主板２の中央部には、軸方向の側板１７側（後述する吸入開口１７ａ側）に突出した凸部３が形成されている。凸部３は、主板２の側板１７側の面が凸曲面となり、その反対側の面が凹曲面となるように形成されている。凸部３は、主板２の中心部で最も高さが高くなり主板２の外周側ほど高さが低くなる山形状を有している。凸部３の内部には、円筒形状のファンモータ８が収容されている。凸部３の中心部には、ファンボス５が設けられている。ファンボス５は、ナット等を用いてファンモータ８のモータシャフトに固定されている。凸部３のうちファンボス５の周囲には、ファンモータ８を冷却する冷却風を流通させる複数の冷却穴４が形成されている。なお、以下の説明では、凸部３の内壁面とファンモータ８とに囲まれた空間（図２及び後述する図３ではハッチングを付している）を空間１４という場合がある。

　側板１７の中央部には、羽根車１８の回転軸方向の外側から空気を吸入する吸入開口１７ａが形成されている。側板１７は、外周部から吸入開口１７ａに向かうほど回転軸方向の外側に突出するベル形状を有している。

　複数の羽根６は、羽根車１８の回転軸を中心として周方向に等間隔で配置されている。複数の羽根６のそれぞれは、前縁部６ａと、回転軸からの距離が前縁部６ａよりも遠い後縁部６ｂとを有している。

　室内機７は、ターボファン１と、ターボファン１の風下側に配置された熱交換器１０と、を有している。ターボファン１は、室内機７の天板１５に取り付けられている。熱交換器１０は、不図示の圧縮機、室外機に設けられた熱交換器、及び膨張弁と共に、冷凍サイクルを構成するものである。熱交換器１０は、ターボファン１を囲んで平面視で四角形状の形状を有している。室内機７の下面には、ターボファン１の吸入開口１７ａと対向して配置された吸込み口９と、吸込み口９の周囲に配置された４つの吹出し口１１と、が設けられている。ターボファン１及び熱交換器１０は、吸込み口９と吹出し口１１との間の風路に配置されている。吸込み口９には、空気を清浄化するフィルタ１３が設けられている。また、室内機７の筐体内には、電装品１２を収容する電装品箱が配置されている。

　上記のような室内機７において、ファンモータ８が駆動すると、ファンモータ８のモータシャフトに固定された羽根車１８が回転する。羽根車１８の回転に伴い、室内の空気が吸込み口９から吸い込まれてフィルタ１３により清浄化され、吸入開口１７ａから羽根車１８内に流入し、複数の羽根６の間から羽根車１８の外周側に流出する。羽根車１８から流出した空気は、熱交換器１０の内部を流通する冷媒との熱交換により冷却又は加熱され、冷風又は温風となって吹出し口１１から室内に吹き出される。

　また、羽根車１８内に流入した室内空気の一部は、冷却穴４を通って、ファンモータ８が収容される空間１４に導入される。ファンモータ８は、空間１４に導入される室温と同程度の空気によって冷却される。

　図３は、本実施の形態に係るターボファン１の構成を示す断面図である。図３に示すように、本実施の形態では、凸部３の形状が、ファンモータ８よりも大径の円筒形状となっている。凸部３を円筒形状とすることにより、図１及び図２に示した凸部３と比較して、凸部３の内壁面とファンモータ８との間の隙間を狭くすることができるため、空間１４の容積を小さくすることができる。したがって、羽根車１８内の通風抵抗の増加を抑えることができる。ここで、羽根車１８の外径（すなわち、羽根６の回転軌跡の外径）をＤとし、凸部３の直径（外径）をＬとし、凸部３の高さをＨとする。

　図４は、空間１４の容積を一定とし、吹出し風量を一定（所定風量）としたときの冷却穴４の総面積とファンモータ８の入力との関係を示すグラフである。グラフの横軸は冷却穴４の総面積（複数の冷却穴４の面積の総和）を表しており、縦軸はファンモータ８の入力を表している。ここで、空間１４の容積は、πＬ^２Ｈ／４である。図４に示すように、冷却穴４の総面積が大きくなるほどファンモータ８の入力は増加する。これは、冷却穴４の総面積が大きくなると、冷却穴４、空間１４、主板２と天板１５との間の空間、熱交換器１０をこの順に通過する空気の風量が大きくなってしまうため、通風抵抗が増加するためである。

　図５は、冷却穴４を塞ぎ、吹出し風量を一定としたときの空間１４の容積とファンモータ８の入力との関係を示すグラフである。グラフの横軸は空間１４の容積を表しており、縦軸はファンモータ８の入力を表している。図５に示すように、空間１４の容積が大きくなるほどファンモータ８の入力は増加する。これは、空間１４の容積が大きくなると凸部３が大きくなるため、凸部３による通風抵抗が増加するためである。

　以上より、凸部３及び冷却穴４がターボファン１の通風抵抗に影響することが分かる。ファンモータ８及び凸部３を小型化して空間１４の容積を小さくすることにより、通風抵抗を低減することができるため、ターボファン１の高性能化を図ることができる。また、冷却穴４の総面積を小さくすることによっても、通風抵抗を低減することができるため、ターボファン１の高性能化を図ることができる。

　次に、室内機７に搭載されたターボファン１の性能が、凸部３の直径Ｌ及び高さＨによってどのように変化するかについて説明する。図６は、性能試験に用いたターボファン１及び室内機７の構成を示す断面図である。図６に示すように、ファンモータ８の大きさに依存せずに凸部３の直径Ｌ及び高さＨを変化させることができるように、ファンモータ８は、凸部３の内部ではなく室内機７の筐体の外側（天板１５の下方）に設置した。天板１５にはモータシャフトを貫通させる貫通穴を設け、ファンボス５を主板２の下側に設置した。貫通穴から室内機７外部への空気の漏れ流れを防ぐため、天板１５とファンモータ８との間には、貫通孔を囲む円筒壁１６を設けた。なお、凸部３には冷却穴４を設けなかった。

　図７は、吹出し風量を一定としたときの、羽根車１８の外径Ｄに対する凸部３の直径Ｌの比（Ｌ／Ｄ）とファンモータ８の入力との関係を示すグラフである。グラフの横軸はＬ／Ｄを表しており、縦軸はファンモータ８の入力を表している。ここで、羽根車１８の外径Ｄに対する凸部３の高さＨの比（Ｈ／Ｄ）は、０．０１で固定した。図７に示すように、Ｌ／Ｄ≦０．４１の場合、ファンモータ８の入力は一定となった。一方、Ｌ／Ｄ＞０．４１の場合、ファンモータ８の入力は、Ｌ／Ｄが大きくなるほど増加した。これにより、Ｌ／Ｄ≦０．４１の関係を満たすように羽根車１８の外径Ｄ及び凸部３の直径Ｌを設定することにより、高性能で低消費電力のターボファン１を得ることができることが分かった。

　図８は、吹出し風量を一定としたときのＨ／Ｄとファンモータ８の入力との関係を示すグラフである。グラフの横軸はＨ／Ｄを表しており、縦軸はファンモータ８の入力を表している。ここで、Ｌ／Ｄは０．４１で固定した。図８に示すように、Ｈ／Ｄ≦０．２３の場合、ファンモータ８の入力は一定となった。一方、Ｈ／Ｄ＞０．２３の場合、ファンモータ８の入力は、Ｈ／Ｄが大きくなるほど増加した。これにより、Ｈ／Ｄ≦０．２３の関係を満たすように羽根車１８の外径Ｄ及び凸部３の高さＨを設定することにより、高性能で低消費電力のターボファン１を得ることができることが分かった。

　次に、凸部３に冷却穴４を設けた場合について説明する。図３に示したようにファンモータ８を凸部３の内部に設置し、室内機７の吹出し風量を一定風量に固定し、凸部３の直径Ｌ及び高さＨを変化させた。冷却穴４の総面積は、ファンモータ８の温度が動作不良の生じない所定温度になるように変化させた。なお、ファンモータ８の直径及び高さは、それぞれ凸部３の直径Ｌ及び高さＨの９０～９５％とした。また、Ｌ／Ｄ≦０．４１かつＨ／Ｄ≦０．２３とした。

　図９は、吹出し風量を一定とし、ファンモータ８の温度が動作不良の生じない所定温度となるように冷却穴４の総面積を調整したときのＶ／Ｄ^３とファンモータ８の入力との関係を示すグラフである。グラフの横軸はＶ／Ｄ^３を表しており、縦軸はファンモータ８の入力を表している。ここで、Ｖは凸部３の容積であり、Ｖ＝πＬ^２Ｈ／４とした。図９に示すように、Ｖ／Ｄ^３≦０．０３９８２の場合、ファンモータ８の入力が一定となった。一方、Ｖ／Ｄ^３＞０．０３９８２の場合、ファンモータ８の入力は、Ｖ／Ｄ^３が大きくなるほど増加した。これにより、Ｖ／Ｄ^３≦０．０３９８２の関係を満たすことにより、冷却穴４によるファンモータ８の入力の増加を抑えることができることが分かった。これは以下の理由による。凸部３の容積が小さいとき、すなわち、ファンモータ８のサイズが小さくファンモータ８の入力が小さいときには、凸部３による通風抵抗が小さくなる。このため、ファンモータ８の必要な出力が小さくなり、ファンモータ８の発熱量も小さくなる。したがって、冷却穴４によるファンモータ８の入力の増加を抑えることができる。

　また、Ｌ／Ｄ≦０．４１、かつＨ／Ｄ≦０．２３のとき、凸部３の容積Ｖの最大値は、Ｖ＝π（０．４１Ｄ）^２（０．２３Ｄ）／４＝０．０３０３７Ｄ^３である。すなわち、Ｌ／Ｄ≦０．４１、Ｈ／Ｄ≦０．２３のとき、凸部３の容積Ｖは０．０３９８２Ｄ^３以下となるため、上記のＶ／Ｄ^３≦０．０３９８２の関係を満たす。したがって、冷却穴４によるファンモータ入力の増加を抑えることができる。

　以上より、Ｌ／Ｄ≦０．４１、かつ、Ｈ／Ｄ≦０．２３のとき、高性能で、発熱量が小さく温度上昇を抑えることができるターボファン１を得ることができる。

　上述では凸部３が円筒形状の場合について説明したが、製造上の理由等により、円筒形状でない場合は、Ｈ／Ｄ≦０．２３、かつ、凸部３の容積Ｖを、Ｖ≦π（０．４１Ｄ）^２（０．２３Ｄ）／４とするとよい。

　以上説明したように、本実施の形態に係る４方向カセット室内機は、円筒形状のファンモータ８と、ファンモータ８により回転駆動される主板２と、主板２に対向して配置された側板１７と、主板２と側板１７との間に設けられた羽根６と、を備え、主板２の中央部には、軸方向の側板１７側に突出した円筒形状の凸部３が形成されており、ファンモータ８は、凸部３の内部に収容されており、羽根６の回転軌跡の外径（羽根車１８の外径）をＤとし、凸部３の直径をＬとし、凸部３の高さをＨとしたとき、羽根車１８の外径Ｄ、凸部３の直径Ｌ及び高さＨは、Ｌ／Ｄ≦０．４１の関係及びＨ／Ｄ≦０．２３の関係を満たすターボファン１を備えたものである。

　この構成によれば、凸部３が円筒形状であるため、凸部３の内壁面とファンモータ８とに囲まれた空間１４の容積を小さくすることができる。これにより、凸部３を小型化できるため、ターボファン１（羽根車１８）の通風抵抗を低減することができる。また、ファンモータ８の消費電力を低減できるため、ファンモータ８の出力も小さくなり、ファンモータ８の小型化が図れ、更にターボファン１の通風抵抗を小さくすることができる。また、ファンモータ８の発熱量を低減することができ、ファンモータ８を冷却するための冷却穴４を小さくすることができる。このため、通風抵抗を更に低減することができる。したがって、本実施の形態によれば、通風抵抗の小さい高性能のターボファン１を備えた４方向カセット室内機を得ることができる。

実施の形態２．
　本発明の実施の形態２に係るターボファンを備えた４方向カセット室内機について説明する。上記実施の形態１では、ファンモータ８の出力が小さく、ファンモータ８のサイズを小さくでき、凸部３の内部にファンモータ８を設置することができる場合について説明した。本実施の形態では、室内機７の通風抵抗や風量が大きく、ファンモータ８の出力が大きいため、ファンモータ８のサイズが大きく、凸部３の内部にファンモータ８を設置することができない場合について説明する。

　図１０は、本実施の形態に係るターボファン１の構成を示す断面図である。図１０に示すように、本実施の形態では、主板２の中央部には側板１７側に突出した凸部３が形成されていない。これにより、主板２は、全体に亘って平坦な形状を有している。ファンモータ８は、羽根車１８の軸方向外側（図１０では、主板２の下側）に配置されている。主板２の中央部には、ファンボス５、ファンモータ８のモータシャフト、ナット等のファンモータ８と主板２との連結に必要な部材以外は設置されていない。これにより、羽根車１８内の風路を大きく確保することができるため、ターボファン１の通風抵抗を低減することができる。

　ここで、羽根車１８の外径をＤとし、高さをＺとする。また、円筒形状のファンモータ８の直径をＸとし、高さをＹとする。上記実施の形態１で説明したように、凸部３の直径Ｌ及び高さＨと羽根車１８の外径ＤとがＬ／Ｄ≦０．４１及びＨ／Ｄ≦０．２３を満たすようにする場合、凸部３の容積の最大値はπ（０．４１Ｄ）^２（０．２３Ｄ）／４となる。一方で、ファンモータ８の体積はπＸ^２Ｙ／４となる。したがって、
　πＸ^２Ｙ／４＞π（０．４１Ｄ）^２（０．２３Ｄ）／４
　すなわち、Ｘ^２Ｙ／Ｄ^３＞０．０３８６６の関係を満たす場合には、上記実施の形態１のような凸部３を形成しても、その内部にファンモータ８を設置することができない。したがって、本実施の形態では、Ｘ^２Ｙ／Ｄ^３＞０．０３８６６の関係を満たす場合には主板２に凸部３を設けず、ファンモータ８を羽根車１８の軸方向外側に配置するようにした。

　室内機７においてターボファン１の設置スペースは限られているため、ファンモータ８の高さＹが大きくなるほど羽根車１８の高さＺを小さくする必要がある。したがって、ファンモータ８の高さＹを大きくするとターボファン１の性能が低下してしまう。一方、Ｘ≦Ｄの範囲内であれば、ファンモータ８の直径Ｘを大きくしても、それによるターボファン１の性能低下は生じない。したがって、ファンモータ８の直径Ｘを高さＹよりも大きくし（Ｘ＞Ｙ）、ファンモータ８の直径ＸをＸ≦Ｄの範囲でできるだけ大きくし、ファンモータ８の高さＹをできるだけ小さくし、羽根車１８の高さＺをできるだけ大きくすることが望ましい。

　以上説明したように、本実施の形態に係る４方向カセット室内機は、円筒形状のファンモータ８と、ファンモータ８により回転駆動される主板２と、主板２に対向して配置された側板１７と、主板２と側板１７との間に設けられた羽根６と、を備え、羽根６の回転軌跡の外径（羽根車１８の外径）をＤとし、ファンモータ８の直径をＸとし、ファンモータ８の高さをＹとしたとき、羽根車１８の外径Ｄ、ファンモータ８の直径Ｘ及び高さＹは、Ｘ^２Ｙ／Ｄ^３＞０．０３８６６の関係を満たすものであり、主板２の中央部には、軸方向の側板１７側に突出する凸部が形成されておらず、直径Ｘ及び高さＹは、Ｘ＞Ｙの関係を満たすターボファン１を備えたものである。

　この構成によれば、主板２に凸部３が形成されていないため、通風抵抗を低減することができる。したがって、本実施の形態によれば、通風抵抗の小さい高性能のターボファン１を得ることができる。

その他の実施の形態．
　本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
　例えば、上記実施の形態では、天井カセット形の４方向カセット室内機を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。図１１は、本発明を適用可能な室内機の例を示す図であり、正面視の断面図（ａ）と側面視の断面図（ｂ）とを併せて示す図である。図１２は、本発明を適用可能な室内機の例を示す図であり、平面視の断面図（ａ）と側面視の断面図（ｂ）とを併せて示す図である。本発明は、図１１に示すような電算機室冷却用室内機や、図１２に示すような天井カセット形の２方向カセット室内機等、他の形式の室内機に搭載されたターボファン１にも適用することができる。

　また、上記実施の形態や変形例は、互いに組み合わせて実施することが可能である。

　１　ターボファン、２　主板、３　凸部、４　冷却穴、５　ファンボス、６　羽根、６ａ　前縁部、６ｂ　後縁部、７　室内機、８　ファンモータ、９　吸込み口、１０　熱交換器、１１　吹出し口、１２　電装品、１３　フィルタ、１４　空間、１５　天板、１６　円筒壁、１７　側板、１７ａ　吸入開口、１８　羽根車。

Claims

　円筒形状のファンモータと、
　前記ファンモータにより回転駆動される主板と、
　前記主板に対向して配置された側板と、
　前記主板と前記側板との間に設けられた羽根と、
　を備え、
　前記主板の中央部には、軸方向の前記側板側に突出した円筒形状の凸部が形成されており、
　前記ファンモータは、前記凸部の内部に収容されており、
　前記羽根の回転軌跡の外径をＤとし、前記凸部の直径をＬとし、前記凸部の高さをＨとしたとき、
　前記外径Ｄ、前記直径Ｌ及び前記高さＨは、Ｌ／Ｄ≦０．４１の関係及びＨ／Ｄ≦０．２３の関係を満たすターボファンを備えた４方向カセット室内機。
　円筒形状のファンモータと、
　前記ファンモータにより回転駆動される主板と、
　前記主板に対向して配置された側板と、
　前記主板と前記側板との間に設けられた羽根と、
　を備え、
　前記羽根の回転軌跡の外径をＤとし、前記ファンモータの直径をＸとし、前記ファンモータの高さをＹとしたとき、
　前記外径Ｄ、前記直径Ｘ及び前記高さＹは、Ｘ^２Ｙ／Ｄ^３＞０．０３８６６の関係を満たすものであり、
　前記主板の中央部には、軸方向の前記側板側に突出する凸部が形成されておらず、
　前記直径Ｘ及び前記高さＹは、Ｘ＞Ｙの関係を満たすターボファンを備えた４方向カセット室内機。