JP6673385B2 - ターボファン、及び空気調和機の室内機 - Google Patents

Description

本開示は、ターボファン、及び空気調和機の室内機に関する。

従来の遠心式多翼ファンとしては、円板状の端板と、端板の外周側に配置された多数のブレードと、このブレードの軸方向において、端板とは反対側の部位に配置されたシュラウドとを備えるものがある（特許文献１参照）。特許文献１の遠心式多翼ファンのシュラウドには、端板の外径と略同等の内径を持ち、軸方向に延びる軸線と略平行な吸込側端部が設けられている。また、特許文献１には、送風空気の吐出方向が半径方向より僅かに軸方向に向いた遠心式多翼ファンが開示されている。

特開平７−２９３４９４号公報

特許文献１に開示されている遠心式多翼ファンでは、送風空気の吐出方向が軸方向に対して斜めに向くため、送風空気を遠心方向に吹き出す遠心式多翼ファンとしての送風性能が低下することがある。しかし、特許文献１では、遠心式多翼ファンの送風性能については、検討されていない。

本開示は、送風性能の低下を抑制するターボファンを提案する。

本開示の一態様に係る空気調和機の室内機は、
ターボファンと、
上記ターボファンの回転軸の径方向における外側に配置された熱交換器と
を備える空気調和機の室内機であって、
上記ターボファンは、
上記回転軸を中心に回転する主板と、
上記主板から上記回転軸の軸方向に間隔を開けて配置され、吸込口が設けられた円環状のシュラウドと、
上記主板と上記シュラウドとの間に設けられた複数の羽根部材と
を備え、
上記主板の最大径は、上記シュラウドの上記吸込口の内径よりも大きく、かつ上記複数の羽根部材の最大径よりも小さく、
上記羽根部材は、上記回転軸の径方向外側かつ上記主板側の端縁が、上記主板から上記回転軸の径方向外側に突出するように設けられており、
上記熱交換器は、
上記回転軸の軸方向において、上記ターボファンの上記主板に対して、上記シュラウドの側に延在する第１熱交換部と、
上記第１熱交換部に連なるとともに、上記回転軸の軸方向において、上記ターボファンの上記主板に対して、上記シュラウドと反対側に延在する第２熱交換部と
を有し、
上記回転軸を中心に回転し、上記主板と連結されたシャフトと、上記シャフトと連結されたロータと、ステータとを有するモータを備え、
上記モータの上記ロータ及び上記ステータは、上記ターボファンと側面視で重ならず、
上記モータの外径は、上記主板の最大径よりも小さいことを特徴とする。

一実施形態の空気調和機の室内機では、
上記ターボファンと上記熱交換器との間の上記回転軸の径方向における距離は、上記回転軸の周方向に不均一な分布をしていることを特徴とする。

一実施形態の空気調和機の室内機では、
上記ターボファンと上記熱交換器との間の上記回転軸の径方向における最小の距離Ａの、上記熱交換器の上記第２熱交換部の軸方向における寸法Ｂに対する比Ａ／Ｂは、
０＜Ａ／Ｂ＜１
の条件を満たすことを特徴とする。

本開示の第１実施形態に係る空気調和機の室内機を斜め下方から見た斜視図である。 第１実施形態に係る空気調和機の室内機のパネルやドレンパンなどを外した状態を示す下面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 第１実施形態に係るターボファンの斜視図である。 第１実施形態に係るターボファンの分解斜視図である。 第１実施形態に係るターボファンの下面図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。 本開示の第２実施形態に係るターボファンの斜視図である。 第２実施形態に係る主板の平面図である。 本開示の第３実施形態に係るターボファンの斜視図である。

［第１実施形態］
以下、本開示の実施形態に係る空気調和機の室内機１を添付図面を参照して説明する。本実施形態の室内機１は、洗面所やキッチンなどの狭い空間の冷暖房に適した低能力室内機である。具体的には、本実施形態の室内機１の定格冷房能力は、０．８ｋｗである。

図１は、本開示の第１実施形態の空気調和機の室内機１を斜め下方から見た斜視図である。室内機１は、天井埋め込み型の室内機である。

図１を参照すると、本実施形態の空気調和機の室内機１は、ケーシング本体１０と、ケーシング本体１０の下側に取り付けられた矩形状のパネル１１と、パネル１１に着脱可能に取り付けられたグリル１２とを備えている。ケーシング本体１０、パネル１１、及びグリル１２で室内機１のケーシングを構成している。

ケーシング本体１０は、下方が開口した箱状であり、図示しない天井に設けられた設置用開口に挿入されて設置されている。

パネル１１の長手方向の一方には、パネル１１の短辺に沿って延在する吹出口１１ａが設けられている。また、パネル１１の吹出口１１ａには、フラップ２０が回動可能に取り付けられている。図１では、フラップ２０により吹出口１１ａが閉じられた状態を示す。

また、室内機１は、ドレンソケット２１と、配管接続部２２，２３とを備える。ドレンソケット２１と、配管接続部２２，２３とは、ケーシング本体１０から突出するように設けられている。ドレンソケット２１は、外部からドレンホース(図示せず)が接続されている。また、配管接続部２２，２３は、外部から冷媒配管(図示せず)が接続されている。

図２は、パネル１１（図１に示す）やドレンパン６２（図３に示す）などを外した状態の室内機１の下面図である。図２において、図１と同一の構成部には同一参照番号を付している。

図２を参照すると、本実施形態の室内機１は、回転軸Ｒを中心に回転するターボファン１００と、ターボファン１００の回転軸Ｒの径方向における外側に配置されたコの字形状の熱交換器３０と、熱交換器３０の両端を連結する円弧状の仕切板４０とを備える。熱交換器３０の一端には、配管接続部２２，２３が接続されている。

ターボファン１００と熱交換器３０との間の回転軸Ｒの径方向における距離Ｌは、回転軸Ｒの周方向に不均一な分布を有している。

図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。図３において、図１及び図２と同一の構成部には同一参照番号を付している。

図３を参照すると、室内機１は、ケーシング本体１０内に、ターボファン１００を駆動するモータ５０と、ターボファン１００に空気を案内するベルマウス６０と、ベルマウス６０とグリル１２との間に配置されたフィルタ６１とを備える。また、室内機１は、ケーシング本体１０内かつ熱交換器３０と仕切板４０の下側にドレンパン６２を備える。

本実施形態のモータ５０は、インナーロータ型のモータである。モータ５０は、回転軸Ｒを中心に回転し、ターボファン１００と連結されたシャフト５１と、シャフト５１と連結されたロータ５２と、ロータ５２を回転軸Ｒの径方向における外側から囲むように配置されたステータ５３とを備える。モータ５０のロータ５２とステータ５３とは、回転軸Ｒの軸方向に直交する方向から見て、ターボファン１００と重ならないように配置されている。

（ターボファン）
以下、本実施形態に係るターボファン１００について添付の図面を参照して説明する。

図４は、本実施形態に係るターボファン１００の斜視図である。図４では、シュラウド１２０の嵌合凹部１２２（図５に示す）は、省略されている。

図４を参照すると、ターボファン１００は、回転軸Ｒを中心に回転する略円板形状の主板１１０と、主板１１０から回転軸Ｒの軸方向に間隔を開けて配置された円環状のシュラウド１２０と、主板１１０とシュラウド１２０との間に設けられた複数（本実施形態では７つ）の羽根部材１３０とを備える。主板１１０と、シュラウド１２０と、複数の羽根部材１３０とは、同軸状に配置されている。

図５は、本実施形態に係るターボファン１００の分解斜視図である。図５において、図４と同一の構成部には同一参照番号を付している。本実施形態のターボファン１００の主板１１０と、シュラウド１２０と、羽根部材１３０とは、熱可塑性樹脂を用いて個別に射出成形された部材である。

図５を参照すると、主板１１０は、板状の本体部１１１と、本体部１１１の中央部に立設された円錐台状の凸部１１２とを備える。

主板１１０の本体部１１１は、環状部１１１ａと、羽根部材１３０が嵌合可能な嵌合部１１１ｂとを備える。嵌合部１１１ｂは、回転軸Ｒの周方向に等間隔に羽根部材１３０の個数（本実施形態では７つ）だけ主板１１０の本体部１１１の周縁部に設けられている。嵌合部１１１ｂに羽根部材１３０が嵌合して溶着されることで、図４に示すように、主板１１０の本体部１１１には、複数の羽根部材１３０が配置される。

主板１１０の凸部１１２は、本体部１１１と接続する円錐面部１１２ａと、円錐面部１１２ａに接続する頂面部１１２ｂとを備える。凸部１１２の頂面部１１２ｂには、回転軸Ｒの軸方向に延びる突起部１１２ｃが立設されている。また、主板１１０の凸部１１２には、モータ５０のシャフト５１（図３に示す）を固定するためのボス１１３が設けられている。

本実施形態のシュラウド１２０は、吸込口１２１と、羽根部材１３０が嵌合可能な嵌合凹部１２２が設けられている。嵌合凹部１２２は、回転軸Ｒの周方向に等間隔に羽根部材１３０の個数（本実施形態では７つ）だけシュラウド１２０の周縁部に設けられている。また、嵌合凹部１２２は、異なる差込深さを有するように階段状に形成されている。

羽根部材１３０は、板状の部材であり、風を押し出す正圧面１３０ａと、正圧面１３０ａの反対面である負圧面１３０ｂとを有する。羽根部材１３０は、主板１１０に設けられた嵌合部１１１ｂと嵌合可能に構成された主板側端部１３１と、シュラウド１２０に設けられた嵌合凹部１２２と嵌合可能に構成されたシュラウド側端部１３２とを備える。羽根部材１３０は、主板側端部１３１の後端縁１３１ａが、回転軸Ｒの径方向において、主板１１０から突出するように主板１１０に取り付けられる（図４参照）。また、本実施形態の羽根部材１３０は、シュラウド側端部１３２の後端縁１３２ａが、シュラウド１２０の外周縁１２０ａに接続されるように、シュラウド１２０に取り付けられる。

図６は、ターボファン１００の下面図である。図６において、図４及び図５と同一の構成部には同一参照番号を付している。

図６を参照すると、主板１１０（図４に示す）の最大径Ｄ１は、シュラウド１２０の吸込口１２１の内径Ｄ２よりも大きく、かつ、羽根部材１３０の最大径Ｄ３よりも小さい。

主板１１０の最大径Ｄ１とは、回転軸Ｒを中心に主板１１０を回転させたときの、主板１１０の最外周部の軌跡である仮想円ＶＡの直径である。本実施形態のように、主板１１０が略円板状である場合、主板１１０の最大径Ｄ１は、主板１１０の直径と一致する。

同様に、羽根部材１３０の最大径Ｄ３とは、回転軸Ｒを中心に羽根部材１３０を回転させたときの、羽根部材１３０の最外周部の軌跡である仮想円ＶＢの直径である。

図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。図７に示す断面は、回転軸Ｒを含む平面に沿った断面である。図２において、図４から図６と同一の構成部には同一参照番号を付している。

図７を参照すると、主板１１０の本体部１１１の環状部１１１ａは、回転軸Ｒを含む平面に沿った断面において、回転軸Ｒと交差する方向に延びる。本実施形態では、本体部１１１の環状部１１１ａは、回転軸Ｒに直交する方向に延びている。すなわち、回転軸Ｒと本体部１１１の環状部１１１ａが延びる方向とがなす角度θ１は、９０°である。

回転軸Ｒを含む平面に沿った断面において、回転軸Ｒと凸部１１２の円錐面部１１２ａが延びる方向とがなす角度θ２は、回転軸Ｒと本体部１１１の環状部１１１ａが延びる方向とがなす角度θ１よりも小さい。

図３を参照すると、熱交換器３０は、第１熱交換部３０ａと、第１熱交換部３０ａに連なる第２熱交換部３０ｂとを備える。第１熱交換部３０ａは、回転軸Ｒの軸方向において、ターボファン１００の主板１１０に対して、シュラウド１２０の側に延在している。第２熱交換部３０ｂは、回転軸Ｒの軸方向において、ターボファン１００の主板１１０に対して、シュラウド１２０の反対側に延在している。

本実施形態では、ターボファン１００と熱交換器３０との間の回転軸Ｒの径方向における距離Ｌは、前述したように、回転軸Ｒの周方向において不均一な分布を有している。本実施形態の空気調和機の室内機１は、距離Ｌのうちの最小の距離Ａの、熱交換器３０の第２熱交換部３０ｂの回転軸Ｒの軸方向における寸法Ｂに対する比Ａ／Ｂが、
０＜Ａ／Ｂ＜１
の条件を満たすように、構成されている。

本実施形態のように、室内機１が低能力室内機である場合には、距離Ｌのうちの最小の距離Ａの上限値は、６０ｍｍ程度である。

上記実施形態のターボファン１００によれば、主板１１０の最大径Ｄ１を適切な範囲（Ｄ２＜Ｄ１）に設定することで、シュラウド１２０の吸込口１２１から吸い込まれた空気が主板１１０に案内されて遠心方向に吹き出されるため、ターボファン１００としての送風性能の低下を抑制できる。一方で、主板１１０の最大径Ｄ１を適切な範囲（Ｄ１＜Ｄ３）に設定することで、ターボファン１００からの吹出空気の一部を、回転軸Ｒに直交する平面に対して回転軸Ｒの軸方向における吸込口１２１とは反対側に傾いた方向（以下、「斜め方向」という）に吹き出すことができる。

主板１１０の最大径Ｄ１がシュラウド１２０の吸込口１２１の内径Ｄ２よりも小さい場合では、シュラウド１２０の吸込口１２１から吸い込まれた空気の一部は、主板１１０に案内されることなく、ターボファン１００から吹き出される。このため、回転軸Ｒに交差する方向に吹き出す空気の風量が低下し、ターボファン１００としての送風性能が低下する。また、主板１１０の最大径Ｄ１が羽根部材１３０の最大径Ｄ３よりも大きい場合では、ターボファン１００は、上記斜め方向に吹き出される吹出空気の風量を増加できない。

上記実施形態のターボファン１００によれば、羽根部材１３０は、主板側端部１３１の後端縁１３１ａが主板１１０から回転軸Ｒの径方向外側に突出するように主板１１０に取り付けられているため、上記斜め方向に吹き出される吹出空気の風量を増加できる。

上記実施形態のターボファン１００によれば、回転軸Ｒを含む平面に沿った縦断面において、主板１１０の本体部１１１の環状部１１１ａは、回転軸Ｒに直交する方向に延びる。これにより、シュラウド１２０の吸込口１２１から吸い込まれた空気は、主板１１０の本体部１１１の環状部１１１ａによって、遠心方向に案内される。このため、ターボファン１００としての送風性能を確保できる。

また、本実施形態のように、室内機１が低能力室内機である場合には、製品サイズを小さくする必要があるため、熱交換器や仕切板のようなターボファンの周囲を囲む構成要素と、ターボファンとの間の距離が小さい。このような低能力室内機に、吹出空気を遠心方向に吹き出す一般的なターボファンを搭載した場合には、ターボファンから吹き出される吹出空気が熱交換器に到達するまでに十分に拡散されず、吹出空気が熱交換器の一部のみを通過するため、通風抵抗や空調性能について問題がある。また、ターボファンから吹き出されて熱交換器に到達する吹出空気の平均風速が大きくなるため、ターボファンの周囲の圧力が増加し、ターボファンの回転数に応じた離散周波数騒音が生じるという問題がある。

上記実施形態の空気調和機の室内機１によれば、ターボファン１００は、吹出空気の一部を上記斜め方向に吹き出すことができる。このため、ターボファン１００からの吹出空気は、ターボファン１００の回転軸Ｒの径方向における外側に配置された熱交換器３０の第１熱交換部３０ａを通過するとともに、第２熱交換部３０ｂを通過する。すなわち、第２熱交換部３０ｂを通過する風量が増大する。これにより、ターボファン１００からの吹出空気が熱交換器３０全体を通過する風の偏りが小さくなって通風抵抗を低減でき、熱交換器３０と吹出空気との熱交換を促進できるので、空調性能を向上できる。

上記実施形態の空気調和機の室内機１によれば、ターボファン１００は、吹出空気の一部を上記斜め方向に吹き出すことができるため、吹出空気を回転軸Ｒの軸方向に分散することができる。これにより、ターボファン１００から吹き出される吹出空気の平均風速を低減し、ターボファン１００の周囲の圧力の増加を抑制でき、ターボファン１００の回転数に応じた離散周波数騒音を抑制できる。

以下に説明する第２実施形態では、第１実施形態と同一ないし同様の要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。さらに、第２実施形態では、特に言及する点を除いて、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。

［第２実施形態］
本実施形態のターボファン１００は、主板の形状を除いて第１実施形態のターボファン１００と同一の構成をしている。

図８は、本実施形態に係るターボファン１００の斜視図である。図８において、図１から図７と同一の構成部には同一参照番号を付している。図８では、シュラウド１２０の嵌合凹部１２２（図５に示す）は、省略されている。

図８を参照すると、本実施形態のターボファン１００の主板２１０は、羽根部材１３０の主板側端部１３１の後端縁１３１ａが接続する部分において回転軸Ｒの径方向外側に凸となる形状を有している。

図９は、本実施形態の主板２１０の平面図である。図９では、羽根部材１３０を模式的に２点鎖線で示す。図９において、図１から図８と同一の構成部には同一参照番号を付している。

以下、主板２１０を、図９に示すように、羽根部材１３０のそれぞれの正圧面１３０ａに隣接する第１部分２１０ａと、羽根部材１３０のそれぞれの負圧面１３０ｂに隣接する第２部分２１０ｂとに分けて考える。ここで、回転軸Ｒの周方向に隣接する２つの羽根部材１３０の間における主板２１０の第１部分２１０ａと第２部分２１０ｂとの間の境界は、回転軸Ｒの周方向に隣接する２つの羽根部材１３０の中間位置を表す仮想的な中間線Ｇである。主板２１０の第１部分２１０ａの最小半径ＲＡは、主板２１０の第２部分２１０ｂの最小半径ＲＢよりも大きい。ここで、主板２１０の第１部分２１０ａの最小半径ＲＡは、主板２１０の第１部分２１０ａにおける、回転軸Ｒから主板２１０の外形までの最小の距離である。同様に、主板２１０の第２部分２１０ｂの最小半径ＲＢは、主板２１０の第２部分２１０ｂにおける、回転軸Ｒから主板２１０の外形までの最小の距離である。

本実施形態のように、主板２１０の外形が円形でない場合には、主板２１０の最大径Ｄ１とは、前述したように、回転軸Ｒを中心に主板２１０を回転させたときの、主板２１０の最外周部２１０ｃの軌跡である仮想円ＶＡの直径である。

上記実施形態によれば、羽根部材１３０の正圧面１３０ａ側と比較して、送風性能への寄与が少ない羽根部材１３０の負圧面１３０ｂ側から、回転軸Ｒに直交する平面に対して回転軸Ｒの軸方向における吸込口１２１とは反対側に傾いた方向（斜め方向）に吹出空気を吹き出せる。このため、ターボファン１００としての送風性能の低下を抑制しつつ、上記斜め方向に吹き出される吹出空気の風量を増加できる。

［第３実施形態］
本実施形態のターボファン１００は、羽根部材の形状を除いて第１実施形態のターボファン１００と同一の構成をしている。

図１０は、本実施形態のターボファン１００の斜視図である。図１０では、シュラウド１２０の嵌合凹部１２２（図５に示す）は、省略されている。

図１０を参照すると、本実施形態の羽根部材３３０は、主板側端部３３１の後端縁３３１ａが、主板１１０の外周縁に一致するように、主板１１０に取り付けられている。

本実施形態のターボファン１００は、第１実施形態のターボファン１００と同様の作用効果を奏する。

以上、実施形態を説明したが、特許請求の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。

例えば、上記第１〜第３実施形態では、羽根部材は７つであったが、羽根部材の数はこれに限定されない。

また、本開示に係るターボファンは、空気調和機の室内機以外に適用されてもよい。

本開示に係るターボファンを駆動するモータは、インナーロータ型に限定されず、アウターロータ型のモータであってもよい。

１…室内機
１０…ケーシング本体
１１…パネル
１１ａ…吹出口
１２…グリル
２０…フラップ
２１…ドレンソケット
２２…配管接続部
２３…配管接続部
３０…熱交換器
３０ａ…第１熱交換部
３０ｂ…第２熱交換部
４０…仕切板
５０…モータ
５１…シャフト
５２…ロータ
５３…ステータ
６０…ベルマウス
６１…フィルタ
６２…ドレンパン
１００…ターボファン
１１０…主板
１１１…本体部
１１１ａ…環状部
１１１ｂ…嵌合部
１１２…凸部
１１２ａ…円錐面部
１１２ｂ…頂面部
１１２ｃ…突起部
１１３…ボス
１２０…シュラウド
１２０ａ…外周縁
１２１…吸込口
１２２…嵌合凹部
１３０…羽根部材
１３０ａ…正圧面
１３０ｂ…負圧面
１３１…主板側端部
１３１ａ…後端縁
１３２…シュラウド側端部
１３２ａ…後端縁
２１０…主板
２１０ａ…第１部分
２１０ｂ…第２部分
３３０…羽根部材
３３１…主板側端部
３３１ａ…後端縁
Ｒ…回転軸

Claims (3)

1. ターボファン（１００）と、
   上記ターボファン（１００）の回転軸（Ｒ）の径方向における外側に配置された熱交換器（３０）と
   を備える空気調和機の室内機（１）であって、
   上記ターボファン（１００）は、
   上記回転軸（Ｒ）を中心に回転する主板（１１０）と、
   上記主板（１１０）から上記回転軸（Ｒ）の軸方向に間隔を開けて配置され、吸込口（１２１）が設けられた円環状のシュラウド（１２０）と、
   上記主板（１１０）と上記シュラウド（１２０）との間に設けられた複数の羽根部材（１３０）と
   を備え、
   上記主板（１１０）の最大径（Ｄ１）は、上記シュラウド（１２０）の上記吸込口（１２１）の内径（Ｄ２）よりも大きく、かつ上記複数の羽根部材（１３０）の最大径（Ｄ３）よりも小さく、
   上記羽根部材（１３０）は、上記回転軸（Ｒ）の径方向外側かつ上記主板（１１０）側の端縁（１３１ａ）が、上記主板（１１０）から上記回転軸（Ｒ）の径方向外側に突出するように設けられており、
   上記熱交換器（３０）は、
   上記回転軸（Ｒ）の軸方向において、上記ターボファン（１００）の上記主板（１１０，２１０）に対して、上記シュラウド（１２０）の側に延在する第１熱交換部（３０ａ）と、
   上記第１熱交換部（３０ａ）に連なるとともに、上記回転軸（Ｒ）の軸方向において、上記ターボファン（１００）の上記主板（１１０）に対して、上記シュラウド（１２０）と反対側に延在する第２熱交換部（３０ｂ）と
   を有し、
   上記回転軸（Ｒ）を中心に回転し、上記主板（１１０）と連結されたシャフト（５１）と、上記シャフト（５１）と連結されたロータ（５２）と、ステータ（５３）とを有するモータ（５０）を備え、
   上記モータ（５０）の上記ロータ（５２）及び上記ステータ（５３）は、上記ターボファン（１００）と側面視で重ならず、
   上記モータ（５０）の外径は、上記主板の最大径（Ｄ１）よりも小さいことを特徴とする、空気調和機の室内機（１）。
2. 請求項１に記載の空気調和機の室内機（１）であって、
   上記ターボファン（１００）と上記熱交換器（３０）との間の上記回転軸（Ｒ）の径方向における距離（Ｌ）は、上記回転軸（Ｒ）の周方向に不均一な分布をしていることを特徴とする、空気調和機の室内機（１）。
3. 請求項２に記載の空気調和機の室内機（１）であって、
   上記ターボファン（１００）と上記熱交換器（３０）との間の上記回転軸（Ｒ）の径方向における最小の距離Ａの、上記熱交換器（３０）の上記第２熱交換部（３０ｂ）の軸方向における寸法Ｂに対する比Ａ／Ｂは、
   ０＜Ａ／Ｂ＜１
   の条件を満たすことを特徴とする、空気調和機の室内機（１）。

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