JP2007051790A - 空調用室内機 - Google Patents

Abstract

【課題】 遠心ファンの送風性能を確保しつつ、軽量化及び小型化を図るのにより好適な空調用室内機を実現する。
【解決手段】 空調用室内機は、筐体１０と、筐体１０の天板１１に支持されたモータ１２と、モータ１２のシャフト１４に取り付けられた遠心ファン１６と、遠心ファン１６の周方向を包囲して設けられた熱交換器１８とを備え、遠心ファン１６は、シャフト１４に取り付けられたハブ２０と、ハブ２０の周方向に間隔を空けて立設された複数の羽根２２と、羽根２２を挟んでハブ２０に対向して設けられたシュラウド２４を有し、ハブ２０の外径Ｄ_Ｈは、羽根２２の外径Ｄ_Ｂよりも縮径して形成され、天板１１は、羽根２２のハブ２０よりも遠心方向に突出した部分の上縁部２６から天板１１側に流出する気流を熱交換器１８に向けて偏向する機能を有して構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、室内の空気を冷暖する空気調和機の室内機に関する。

オフィスや工場などの室内空気を冷暖する空調用室内機として、筐体と、筐体の天板に支持されたモータと、モータのシャフトに取り付けられた遠心ファンと、遠心ファンの周方向を包囲して設けられた熱交換器とを備え、例えば天井に埋設して用いられるものが知られている。この空調用室内機の遠心ファンは、シャフトに取り付けられた円板状のハブと、ハブの円板面の周方向に間隔を空けて立設された複数の羽根と、羽根を挟んでハブに対向して設けられた円環状のシュラウドを有して構成されている。

このような空調用室内機においては、冷凍サイクル成績係数（ＣＯＰ）を向上させるために、例えば、遠心ファンの羽根を厚肉にして捻りを形成するとともに羽根を径方向に傾斜し、またシュラウドを厚肉に形成してファン効率を向上することが行われている。ただし、遠心ファンの羽根やシュラウドを厚肉に形成すると、遠心ファンの重量が比較的大きくなるため、室内機の製造コストが増大し、また据付け作業が困難になる場合がある。

そこで、遠心ファンの重量の増大を抑えるために、ハブの外径を羽根の外径よりも縮径して形成し、その縮径分だけ軽量化することが提案されている。しかし、この場合は、ハブよりも遠心方向に突出した羽根の上縁部から天板側に空気が漏れて風量が低下することから、その漏れによる風量の低下を補填するために、シュラウドの背面に補助羽根を別に設けることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平６−２５７５９５号公報

しかし、特許文献１のような方式では、遠心ファンの送風性能を確保するための補助羽根を別部品として設ける必要があるため、補助羽根の重さに起因して室内機全体の重量が増加することがある。また、補助羽根の回転用スペースを筐体内に確保する必要があるため、筐体が大型化する場合がある。

本発明の課題は、遠心ファンの送風性能を確保しつつ、軽量化及び小型化を図るのにより好適な空調用室内機を実現することにある。

上記課題を解決するために、本発明の空調用室内機は、筐体と、筐体の天板に支持されたモータと、モータのシャフトに取り付けられた遠心ファンと、遠心ファンの周方向を包囲して設けられた熱交換器とを備え、遠心ファンは、シャフトに取り付けられたハブと、ハブの周方向に間隔を空けて立設された複数の羽根と、羽根を挟んでハブに対向して設けられたシュラウドを有し、ハブの外径は、羽根の外径よりも縮径して形成され、天板は、羽根のハブよりも遠心方向に突出した部分の上縁部から天板側に流出する気流を熱交換器に向けて偏向する機能を有してなることを特徴とする。

これによれば、ハブを縮径して形成した分だけ遠心ファンを軽量化でき、しかも、羽根の上縁部から天板側に漏れる空気は、天板によって熱交換器に向けて偏向されるので、漏れ空気による風量の低下を抑制でき、遠心ファンの送風性能を確保できる。すなわち、天板が偏向ガイドの役割を担うため、羽根の上縁部から漏れた空気が天板により熱交換器に向けて偏向される。その結果、ハブを縮径して形成した場合でも、別部品等を新たに設けずに送風性能を確保できるので、筐体の大型化を回避できる。

この場合において、天板の気流偏向機構は、羽根の上縁部に対応した面を羽根側に凸形に形成することにより実現できる。これにより、羽根の上縁部から漏れた空気は、天板の凸面に沿って遠心方向側つまり熱交換器側に偏向されるため、別部品等を新たに設けずに、送風性能の低下を抑制できる。

また、天板の気流偏向機能は、羽根の上縁部に対応した面に、羽根の上縁部から流出する気流を熱交換器に向けて偏向する流れガイド部材を配設できる。これにより、羽根の上縁部から漏れた空気は、流れガイド部材により熱交換器側に偏向されるため、送風性能の低下を抑制できる。ここでの流れガイド部材は、ハブを形成する材料よりも軽量な材料から形成するのが望ましい。

また、天板の気流偏向機能は、羽根の上縁部の外径端よりも遠心方向側に位置する内面に、上縁部から流出する気流の流れ方向に対して傾斜した面を有する風速調整部材を配設できる。これにより、羽根の上縁部から流出した気流は、風速調整部材の傾斜面により風速が減じられるため、遠心ファンの吐出口から排出される気流の風速分布を調整できる。したがって、その吐出口から排出される気流の風速分布を均一にすることにより、熱交換器に通気する気流の風速分布を均一にできるため、熱交換効率の向上を図ることができる。

本発明によれば、遠心ファンの送風性能を確保しつつ、軽量化及び小型化を図るのにより好適な空調用室内機を実現できる。

（第一の実施形態）
本発明を適用した空調用室内機の第一の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の空調用室内機の構成を示す片側断面図である。図２は、図１の遠心ファンの軸方向断面図である。図３は、図１の遠心ファンをハブ側から見た平面図である。

図１に示すように、オフィスや工場等の室内の天井に配設される天井埋込型の空調用室内機は、筐体１０と、筐体１０の天板１１に支持されたモータ１２と、モータ１２のシャフト１４に取り付けられた遠心ファン１６と、遠心ファン１６の周方向を包囲して設けられた熱交換器１８などを備えている。ここでの遠心ファン１６は、シャフト１４に取り付けられたハブ２０と、ハブ２０の周方向に間隔を空けて立設された複数の羽根２２と、羽根２２を挟んでハブ２０に対向して設けられたシュラウド２４を有している。

ここで本実施形態の空調用室内機は、ハブ２０の外径は、羽根２２の外径よりも縮径して形成されている。そして、天板１１は、羽根２２のハブ２０よりも遠心方向に突出した部分の上縁部２６から天板１１側に流出する気流を熱交換器１８に向けて偏向する機能を有している。

より詳細に本実施形態の空調用室内機について説明する。説明の便宜上、遠心ファン１６からみて軸方向に天板１１側に向かう方向を上方、軸方向に室内側に向かう方向を下方と適宜称する。図１に示すように、筐体１０は、天板１１と、天板１１の周辺縁から下方に延在した側板２８を有し、底部は開口して形成されている。天板１１の内面の中央部にモータ１２が配設されている。モータ１２は、下方に延在する回転軸としてのシャフト１４を有する。シャフト１４と同軸に遠心ファン１６が取り付けられている。

このような筐体１０は、天井に取り付けられた化粧パネル３０を介して天井裏に配設されている。化粧パネル３０は、室内空気の吸込み口としての開口が中央部に形成されるとともに、その開口の外周に調和空気の吹出口３６が形成されている。また、化粧パネル３０の中央開口に吸込みグリル３２とフィルタ３４が重ねてはめ込まれている。フィルタ３４の上面側に筒状の風洞としてのベルマウス３８が直立して設けられている。ベルマウス３８は、フィルタ３４側に臨んで位置された底部開口と、底部開口よりも縮径された上部開口を有する。

遠心ファン１６は、空気が軸方向に吸込まれる吸引口４０と空気が周方向に排出される吐出口４２を有して形成されている。より具体的には、遠心ファン１６は、シャフト１４に取り付けられたお椀形のハブ２０と、ハブ２０の内面つまり主流側面に周方向に間隔を空けて立設された複数の羽根２２と、羽根２２を挟んでハブ２０に対向して設けられたシュラウド２４を有する。ハブ２０は、モータ１２の回転力を羽根２２に伝える円状の心板であり、中心から外径方向に向かうにつれて上方に反って形成されている。複数の羽根２２は、ハブ２０の主流側面に周方向に間隔を空けて配列されている。この羽根２２は、図３に示すように、比較的厚肉にして捻りを形成するとともに羽根を径方向に傾斜している。このような複数の羽根２２の外周縁間に形成される隙間が遠心ファン１６の吐出口４２を形成する。シュラウド２４は、ハブ２０の主流側面に対向して形成され、羽根２２の下端縁の隙間を閉塞する円環状の部材である。シュラウド２４の内径円が遠心ファン１６の吸引口４０に対応する。このような遠心ファン１６は、ハブ２０、羽根２２、シュラウド２４が射出成形により例えば樹脂材料から一体成形されている。なお、遠心ファン１６の吐出口４２の下流側に熱交換器１８が配設されている。熱交換器１８は、上縁部が天板１１の内面に支持され、下縁部にドレンパン４４が設けられている。

ここで、図２及び図３に示すように、本実施形態の遠心ファン１６に適用するハブ２０は、従前のハブの周縁部をカットして形成されたものと等価である。すなわち、ハブ２０の外径Ｄ_Ｈは、羽根２２の外径Ｄ_Ｂよりも小さく形成されている。換言すると、羽根２２の外径Ｄ_Ｂは、ハブ２０の外径Ｄ_Ｈよりも大きく形成されている。そして、図１に示すように、天板１１は、羽根２２の上縁部２６と所定のギャップＧを介して近接して配置されている。ここでのギャップＧは、羽根２２の上縁部２６から空気が流出することに起因する送風性能の低下を回避するため、適切な寸法で設計されている。ただし、ギャップＧを小さくすると送風性能が高まるが、ギャップＧが小さすぎると騒音の増大を招く場合があるため、送風性能に加えて騒音の発生も考慮してギャップＧが決められるものとし、例えば実測値から求められる。要するに、天板１１に関しては、上縁部２６から流出する気流を熱交換器１８側に向けて偏向するガイドの役割を果たすように配置又は形成すればよい。

このように構成される空調用室内機の基本動作を説明する。室内機を稼動すると、モータ１２が駆動する。モータ１２の駆動に伴って遠心ファン１６が回転することにより、室内の空気が吸込みグリル３２等を介して遠心ファン１６内に吸込まれる。吸込まれた空気は、遠心ファン１６の吐出口４２から排出される。排出された空気は、熱交換器１８の表面を通気する過程で熱交換器１８内の冷媒と熱交換することで冷暖される。冷暖された調和空気は、吹出口３６から室内に戻される。

図４は、本実施形態の遠心ファン１６における空気の流れを示す図である。本実施形態のハブ２０は、その外径Ｄ_Ｈが羽根２２の外径Ｄ_Ｂよりも小さく形成されている。したがって、遠心ファン１６内に吸引口４０を介して空気が吸込まれると、吸込まれた空気のうちハブ２０の主流側面を沿って通気する空気は、ハブ２０を通過した後に、羽根２２の上縁部２６から天体１１に向かって流れる。その気流は、天板１１の内面に達した際、その内面に沿って遠心方向側つまり熱交換器１８側に偏向する。すなわち、遠心ファン１６内の主流の一部は、上縁部２６から流れ出た直後に、天板１１により流れ方向が偏向されるので、空気の漏れに起因する送風性能の低下が抑制される。なお、ハブ２０の外径Ｄ_Ｈを羽根２２の外径Ｄ_Ｂよりも小さく形成したので、遠心ファン１６の吐出口４２の風速分布は、図４に示すように、天板１１からシュラウド２４の外径縁までの範囲に亘ることになる。

要するに、本実施形態によれば、ハブ２０の外径Ｄ_Ｈが羽根２２の外径Ｄ_Ｂよりも縮径して形成されるため、その縮径分だけ遠心ファン１６を軽量化できる。そして、羽根２２の上縁部２６から天板１１側に流出する空気３３は、天板１１の内面に沿って熱交換器１８に向けて偏向される。換言すると、天板１１が偏向ガイドの役割を担うため、上縁部２６から漏れた空気３３が天板１１により熱交換器１８に向けて偏向される。したがって、漏れ空気に起因する風量低下を抑制して遠心ファン１６の送風性能を確保できる。このようにハブ２０を縮径して形成した場合でも、送風性能を確保するための別部品等を新たに設けずに済むので、筐体１０の大型化を回避できる。

（第二の実施形態）
本発明を適用した空調用室内機の第二の実施形態について図５を参照して説明する。図５は、本実施形態の空調用室内機の構成を示す片側断面図である。本実施形態の空調用室内機は、天板５０の形態が第一の実施形態と異なる。したがって、第一の実施形態と相互に対応する箇所については同一符号を付し、相違点を中心に説明する。

図５に示すように、天板５０は、羽根２２の上縁部２６に対応した内面に、上縁部２６側に隆起した凸部５１が円環状に形成されている。言い換えると、天板５０は、羽根２２の上縁部２６の形状に対応した湾曲面が内面に円環状に形成されている。図５と図１とを比較すると、図５に示す形態は、天板５０と上縁部２６の間に形成されるギャップＧが狭くなり、かつギャップＧが遠心方向に所定の寸法で保持されている。

本実施形態によれば、天板５０の凸部５１により上縁部２６から流出する空気の量を減じることができる。したがって、ハブ２０の外径Ｄ_Ｈを縮径して遠心ファン１６を軽量化した場合でも、遠心ファン１６の送風性能をより一層確保できる。また、ギャップＧを遠心方向に所定寸法で保持することにより、整流効果を一層発揮できるため、圧力損失の発生を低減してファン効率を向上できる。

（第三の実施形態）
本発明を適用した空調用室内機の第三の実施形態について図６を参照して説明する。図６は、本実施形態の空調用室内機の構成を示す片側断面図である。本実施形態の空調用室内機は、天板１１の内面に流れガイド部材６０が配設された点で第一の実施形態と異なる。したがって、第一の実施形態と相互に対応する箇所については同一符号を付し、相違点を中心に説明する。

図６に示すように、天板１１は、羽根２２の上縁部２６に対応した内面に、羽根２２の上縁部２６から流出する気流を熱交換器１８に向けて偏向する流れガイド部材６０が配設されている。流れガイド部材６０は、ハブ２０の材料よりも安価で軽量な例えば発泡材から形成されている。ここでの流れガイド部材６０は、羽根２２の上縁部２６に対応した内面に取り付けられる円環状の部材であり、内径から外径に向かうにつれて厚みが徐々に小さく形成されている。図６と図１とを比較すると、図６に示す形態は、天板１１と上縁部２６の間に形成されるギャップＧが狭くなり、かつギャップＧが遠心方向に所定の寸法で保持されている。

本実施形態によれば、流れガイド部材６０により上縁部２６から流出する空気量を減じることができる。したがって、ハブ２０の外径Ｄ_Ｈを縮径して遠心ファン１６を軽量化した場合でも、遠心ファン１６の送風性能をより一層確保できる。また、ギャップＧを所定寸法で保持することにより、整流効果を一層発揮できるため、圧力損失の発生を低減してファン効率を向上できる。さらに、流れガイド部材６０を比較的軽量な例えば発泡剤から形成することにより、流れガイド部材６０の配設に起因する重量増大を抑制できる。なお、流れガイド部材６０については、整流機能を発揮させて圧力損失を抑制するために、角部を面取りして形成するのがよい。

（第四の実施形態）
本発明を適用した空調用室内機の第四の実施形態について図７を参照して説明する。図７は、本実施形態の空調用室内機の構成を示す片側断面図である。本実施形態の空調用室内機は、天板１１の内面に風速調整部材７０が配設された点で第一の実施形態と異なる。したがって、第一の実施形態と相互に対応する箇所については同一符号を付し、相違点を中心に説明する。

図７に示すように、天板１１は、羽根２２の上縁部２６の外径端よりも遠心方向側に位置する内面に、上縁部２６から流出する気流の流れ方向に対して傾斜した面を有する風速調整部材７０が配設されている。より具体的には、風速調整部材７０は、羽根２２の上縁部２６から流出した気流の流れを熱交換器１８の中央部に向けて偏向する傾斜面を有し、軸方向断面が三角形の円環状部材である。ここでの風速調整部材７０は、ハブ２０の材料よりも安価で軽量な例えば発泡材から形成されている。

本実施形態では、遠心ファン１６内に吸引口４０を介して室内空気が軸方向に吸込まれると、吸込まれた空気は、吐出口４２から排出される際、気流の慣性力に起因して天板１１側の気流、つまり上縁部２６から流出した気流の風速がシュラウド２４側の気流の風速よりも大きくなる傾向がある。この点、本実施形態では、上縁部２６から流出した気流は、風速調整部材７０の傾斜面により風速が減じられる。ここで遠心ファン１６の単位時間あたりの風量は一定に保持されているため、上縁部２６から流出した気流が減速すると、シュラウド２４側の気流の風速が増大する。したがって、遠心ファン１６の吐出口４２から排出される気流の風速分布７２が均一化される。その結果、熱交換器１８を通気する気流の風速分布が均一になるので、熱交換器１８の熱交換効率が向上し、また風速のばらつきに起因する騒音が抑制される。

要するに、本実施形態によれば、遠心ファン１６の軽量化を図りつつ、熱交換器１８を通気する空気の風速分布を均一にして熱交換効率を高めることにより、冷凍サイクル成績係数を一層向上できる。

図８は、図７の風速調整部材の他の形態を示す図である。図８に示すように、風速調整部材８０は、羽根２２の上縁部２６に対応した内面に取り付けられる円環状の部材であり、内径側と外径側の厚みが大きく形成されている。すなわち、風速調整部材８０は、図７の風速調整部材７０と図６の流れガイド部材６０を一体化したものと作用が等価である。したがって、本形態によれば、風速調整部材７０に由来する効果と流れガイド部材６０に由来する効果の双方を発揮できる。

以上、第１ないし第４の実施形態により本発明を適用した空調用室内機を説明したが、空調用室内機に適用する遠心ファン１６について説明を加える。図９は、本発明を適用した空調用室内機の二次元翼遠心ファンの軸方向断面図（図９Ａ）と、その遠心ファンをハブ側から見た平面図（図９Ｂ）である。図９に示すように、本形態の遠心ファン１６ａは、ハブ２０の外径Ｄ_Ｈを羽根２２ａの外径よりも小さく形成することに加えて、ハブ２０の外径Ｄ_Ｈが吸引口４０の外径Ｄ_Ｉよりも小さく形成されている。さらに遠心ファン１６ａは、複数の羽根２２ａが二次元翼形状に形成されている。より具体的には、図９Ｂに示すように、複数の羽根２２ａは、遠心ファン１６ａの外周部から回転軸に向かう渦巻形状に配置され、厚みが外周部から回転軸に向かうにつれて大きくなるように形成されている。そして、羽根２２ａは、軸方向に平行に延在して形成されている。このように遠心ファン１６ａを構成することにより、遠心ファン１６ａを成形するための型に例えば樹脂系材料で射出した後、成形型を軸方向に上側と下側に分けて抜くことができる。すなわち、遠心ファン１６ａを射出成形法で一体に成形することができる。したがって、遠心ファン１６ａの部品点数の低減、組立工数の簡素化、製造コストの抑制を図ることができる。

図１０は、第１ないし第４の実施形態の空調用室内機を適用した空気調和装置の系統図である。図１０に示すように、空気調和装置１００は、オフィスや工場の室内に配設される空調用室内機１０１と、屋上などに配設される空調用室外機１０２を備えている。空調用室内機１０１は、第１ないし第４の実施形態の室内機に対応している。空調用室外機１０２は、ガス冷媒を圧縮する圧縮機１０４と、冷房運転時には冷媒の凝縮器として作用し、暖房運転時には冷媒の蒸発器として作用する熱交換器１０６と、熱交換器１０６に大気を通気させる送風機１０８と、熱交換器１０６からの冷媒を減圧して空調用室内機１０１に供給する絞り機構１１０などから構成できる。

また、第１ないし第４の実施形態では、天井埋込型の空調用室内機を説明したが、天井吊り下げ型の室内機にも本発明を適用できる。要するに、遠心ファンを搭載した空調用室内機に本発明を適用できる。

本発明を適用した第一の実施形態の空調用室内機の構成を示す片側断面図である。 図１の遠心ファンの軸方向断面図である。 図１の遠心ファンをハブ側から見た平面図である。 図１の遠心ファンにおける空気の流れを示す図である。 本発明を適用した第二の実施形態の空調用室内機の構成を示す片側断面図である。 本発明を適用した第三の実施形態の空調用室内機の構成を示す片側断面図である。 本発明を適用した第四の実施形態の空調用室内機の構成を示す片側断面図である。 図７の風速調整部材の他の形態を示す図である。 本発明を適用した空調用室内機の二次元翼遠心ファンの軸方向断面図と、その遠心ファンをハブ側から見た平面図である。 空気調和装置の全体構成を示す系統図である。

符号の説明

１０ 筐体
１１ 天板
１２ モータ
１４ シャフト
１６ 遠心ファン
１８ 熱交換器
２０ ハブ
２２ 羽根
２４ シュラウド
２６ 上縁部
４０ 吸引口
４２ 吐出口
５１ 凸部
６０ 流れガイド部材
７０ 風速調整部材
１００ 空気調和装置
１０１ 空調用室内機
１０２ 空調用室外機

Claims (5)

1. 筐体と、該筐体の天板に支持されたモータと、該モータのシャフトに取り付けられた遠心ファンと、該遠心ファンの周方向を包囲して設けられた熱交換器とを備え、前記遠心ファンは、前記シャフトに取り付けられたハブと、該ハブの周方向に間隔を空けて立設された複数の羽根と、該羽根を挟んで前記ハブに対向して設けられたシュラウドとを有する空調用室内機において、
   前記ハブの外径は、前記羽根の外径よりも縮径して形成され、前記天板は、前記羽根の前記ハブよりも遠心方向に突出した部分の上縁部から前記天板側に流出する気流を前記熱交換器に向けて偏向する機能を有してなることを特徴とする空調用室内機。
2. 前記天板は、前記羽根の前記上縁部に対応した面が該上縁部側に凸形に形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の空調用室内機。
3. 前記天板は、前記羽根の前記上縁部に対応した面に、前記羽根の前記上縁部から流出する気流を前記熱交換器に向けて偏向する流れガイド部材が配設されてなることを特徴とする請求項１に記載の空調用室内機。
4. 前記流れガイド部材は、前記ハブを形成する材料よりも軽量な材料から形成されてなることを特徴とする請求項３に記載の空調用室内機。
5. 前記天板は、前記羽根の前記上縁部の外径端よりも遠心方向側に位置する内面に、前記上縁部から流出する気流の流れ方向に対して傾斜した面を有する風速調整部材が配設されてなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の空調用室内機。
   

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