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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-10-04
(45)【発行日】2023-10-13
(54)【発明の名称】空気調和機
(51)【国際特許分類】
   F24F 1/0025 20190101AFI20231005BHJP
   F04D 17/04 20060101ALI20231005BHJP
   F04D 29/66 20060101ALI20231005BHJP
   F24F 13/24 20060101ALN20231005BHJP
【FI】
F24F1/0025
F04D17/04 B
F04D29/66 M
F24F13/24
【請求項の数】 10
(21)【出願番号】P 2019110812
(22)【出願日】2019-06-14
(65)【公開番号】P2020204414
(43)【公開日】2020-12-24
【審査請求日】2022-06-03
(73)【特許権者】
【識別番号】316011466
【氏名又は名称】日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001807
【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】吉川 政志
(72)【発明者】
【氏名】豊田 浩之
(72)【発明者】
【氏名】川村 浩伸
【審査官】安島 智也
(56)【参考文献】
【文献】特開昭63-295894(JP,A)
【文献】特開平11-270871(JP,A)
【文献】特開2012-007473(JP,A)
【文献】特開2012-255628(JP,A)
【文献】特開2018-084154(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F24F 1/0025
F24F 13/24
F04D 17/04
F04D 29/66
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
周方向で所定間隔を有するように配置される複数の翼と、
複数の前記翼を軸方向で仕切る複数の仕切板と、
複数の前記翼の軸方向両端に設置される一対の端板と、
駆動源であるファンモータと、を有する貫流ファンを備えるとともに、
前記貫流ファンの付近に設置される熱交換器を備え、
一対の前記端板のうち、前記貫流ファンの軸方向一端に設置される前記端板は、前記ファンモータのモータ軸が設置されるボス部を含み、
前記ボス部よりも軸方向内側の所定位置から、前記ボス部を含む前記端板までの第1所定範囲における前記翼の内周角は、前記第1所定範囲よりもさらに軸方向内側における前記翼の内周角よりも小さく、
前記貫流ファンの直径に対して、前記ボス部の直径が占める割合は、0.07以上かつ0.13以下であり、前記第1所定範囲における前記翼の前記内周角は、70°以上かつ90°以下である、空気調和機。
【請求項2】
周方向で所定間隔を有するように配置される複数の翼と、
複数の前記翼を軸方向で仕切る複数の仕切板と、
複数の前記翼の軸方向両端に設置される一対の端板と、
駆動源であるファンモータと、を有する貫流ファンを備えるとともに、
前記貫流ファンの付近に設置される熱交換器を備え、
一対の前記端板のうち、前記貫流ファンの軸方向一端に設置される前記端板は、前記ファンモータのモータ軸が設置されるボス部を含み、
前記ボス部よりも軸方向内側の所定位置から、前記ボス部を含む前記端板までの第1所定範囲における前記翼の内周角は、前記第1所定範囲よりもさらに軸方向内側における前記翼の内周角よりも小さく、
前記貫流ファンの直径に対して、前記ボス部の直径が占める割合は、0.13よりも大きく、かつ、0.20よりも小さく、前記第1所定範囲における前記翼の前記内周角は、50°よりも大きく、かつ、70°よりも小さい、空気調和機。
【請求項3】
周方向で所定間隔を有するように配置される複数の翼と、
複数の前記翼を軸方向で仕切る複数の仕切板と、
複数の前記翼の軸方向両端に設置される一対の端板と、
駆動源であるファンモータと、を有する貫流ファンを備えるとともに、
前記貫流ファンの付近に設置される熱交換器を備え、
一対の前記端板のうち、前記貫流ファンの軸方向一端に設置される前記端板は、前記ファンモータのモータ軸が設置されるボス部を含み、
一対の前記端板のうち、前記貫流ファンの軸方向他端に設置される前記端板は、軸受によって軸支される軸部を含み、
前記ボス部よりも軸方向内側の所定位置から、前記ボス部を含む前記端板までの第1所定範囲における前記翼の内周角は、前記第1所定範囲よりもさらに軸方向内側における前記翼の内周角よりも小さく、
前記軸部よりも軸方向内側の所定位置から、前記軸部を含む前記端板までの第2所定範囲における前記翼の内周角は、前記第2所定範囲よりもさらに軸方向内側における前記翼の内周角よりも小さく、
前記貫流ファンの直径に対して、前記軸部の直径が占める割合は、0.07以上かつ0.13以下であり、前記第2所定範囲における前記翼の前記内周角は、70°以上かつ90°以下である、空気調和機。
【請求項4】
周方向で所定間隔を有するように配置される複数の翼と、
複数の前記翼を軸方向で仕切る複数の仕切板と、
複数の前記翼の軸方向両端に設置される一対の端板と、
駆動源であるファンモータと、を有する貫流ファンを備えるとともに、
前記貫流ファンの付近に設置される熱交換器を備え、
一対の前記端板のうち、前記貫流ファンの軸方向一端に設置される前記端板は、前記ファンモータのモータ軸が設置されるボス部を含み、
一対の前記端板のうち、前記貫流ファンの軸方向他端に設置される前記端板は、軸受によって軸支される軸部を含み、
前記ボス部よりも軸方向内側の所定位置から、前記ボス部を含む前記端板までの第1所定範囲における前記翼の内周角は、前記第1所定範囲よりもさらに軸方向内側における前記翼の内周角よりも小さく、
前記軸部よりも軸方向内側の所定位置から、前記軸部を含む前記端板までの第2所定範囲における前記翼の内周角は、前記第2所定範囲よりもさらに軸方向内側における前記翼の内周角よりも小さく、
前記貫流ファンの直径に対して、前記軸部の直径が占める割合は、0.13よりも大きく、かつ、0.20よりも小さく、前記第2所定範囲における前記翼の前記内周角は、50°よりも大きく、かつ、70°よりも小さい、空気調和機。
【請求項5】
周方向で所定間隔を有するように配置される複数の翼と、
複数の前記翼を軸方向で仕切る複数の仕切板と、
複数の前記翼の軸方向両端に設置される一対の端板と、
駆動源であるファンモータと、を有する貫流ファンを備えるとともに、
前記貫流ファンの付近に設置される熱交換器と、
前記貫流ファン及び前記熱交換器を収容する筐体ベースと、を備え、
一対の前記端板のうち、前記貫流ファンの軸方向一端に設置される前記端板は、前記ファンモータのモータ軸が設置されるボス部を含み、
前記ボス部よりも軸方向内側の所定位置から、前記ボス部を含む前記端板までの第1所定範囲における前記翼の内周角は、前記第1所定範囲よりもさらに軸方向内側における前記翼の内周角よりも小さく、
前記筐体ベースは、前記ボス部よりも軸方向内側の範囲において、前記貫流ファンから吹き出される空気を自身に衝突させる衝突壁を有しない、空気調和機。
【請求項6】
一対の前記端板のうち、前記貫流ファンの軸方向他端に設置される前記端板は、軸受によって軸支される軸部を含み、
前記軸部よりも軸方向内側の所定位置から、前記軸部を含む前記端板までの第2所定範囲における前記翼の内周角は、前記第2所定範囲よりもさらに軸方向内側における前記翼の内周角よりも小さいこと
を特徴とする請求項1、請求項2、又は請求項5のいずれか一項に記載の空気調和機。
【請求項7】
前記貫流ファンは、前記仕切板を介して軸方向に連結される複数のファンブロックを備え、
複数の前記ファンブロックのうち、前記貫流ファンの軸方向一端に設置される前記ファンブロックの前記翼は、前記第1所定範囲に亘って延びていること
を特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の空気調和機。
【請求項8】
前記貫流ファンの軸方向一端に設置される前記ファンブロックの前記翼は、前記第1所定範囲を超える範囲には設けられていないこと
を特徴とする請求項に記載の空気調和機。
【請求項9】
前記第1所定範囲における前記翼の外周角は、前記第1所定範囲よりも軸方向内側における前記翼の外周角に等しいこと
を特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の空気調和機。
【請求項10】
仕切板を介して軸方向に連結される複数のファンブロックを備える貫流ファンと、
前記貫流ファンの付近に設置される熱交換器と
前記貫流ファン及び前記熱交換器を収容する筐体ベースと、を含んで構成され、
複数のファンブロックは、それぞれ、周方向で所定間隔を有するように配置される複数の翼を有し、
前記貫流ファンの前記軸方向の端部には、ボス部又は軸部を有する端板が設置され、
複数の前記ファンブロックのうち、前記端板で端部を仕切られるファンブロックの前記翼の内周角は、他のファンブロックの前記翼の内周角よりも小さく、
前記筐体ベースは、前記ボス部よりも軸方向内側の範囲において、前記貫流ファンから吹き出される空気を自身に衝突させる衝突壁を有しない、空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、空気調和機に関する。
【背景技術】
【0002】
空気調和機に用いられる貫流ファンとして、例えば、特許文献1に記載の技術が知られている。すなわち、特許文献1には、吹出口の長手方向の両端から回転軸線方向に延長する延長部を有する貫流ファンと、前記した延長部からの吹出し気流を自身に衝突させる衝突壁と、を備える空気調和機について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開2012-255628号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1に記載の技術では、前記した衝突壁を設け、この衝突壁付近の空気の淀み圧が大気圧よりも高くなるようにすることで、室内機での逆吸い(空気の逆流)を防止している。また、特許文献1に記載の技術では、貫流ファンにおいて、衝突壁に対向している延長部の翼形状を、吹出口に対向している部分の翼形状とは異なるようにすることで、衝突壁付近の空気の淀み圧を適度に抑制し、消費電力の低減を図っている。
【0005】
このように特許文献1に記載の技術では、貫流ファンの外側(衝突壁の付近)の淀み圧に基づいて、貫流ファンの翼や衝突壁が構成されている。しかしながら、特許文献1に記載の技術では、貫流ファンの内側の気流に着目していないため、気流の不安定現象に伴う騒音をさらに抑制する余地がある。
【0006】
そこで、本発明は、貫流ファンの騒音を抑制する空気調和機を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前記課題を解決するために、本発明に係る空気調和機は、周方向で所定間隔を有するように配置される複数の翼と、複数の前記翼を軸方向で仕切る複数の仕切板と、複数の前記翼の軸方向両端に設置される一対の端板と、駆動源であるファンモータと、を有する貫流ファンを備えるとともに、前記貫流ファンの付近に設置される熱交換器を備え、一対の前記端板のうち、前記貫流ファンの軸方向一端に設置される前記端板前記ファンモータのモータ軸が設置されるボス部を含み、前記ボス部よりも軸方向内側の所定位置から、前記ボス部を含む前記端板までの第1所定範囲における前記翼の内周角は、前記第1所定範囲よりもさらに軸方向内側における前記翼の内周角よりも小さく、前記貫流ファンの直径に対して、前記ボス部の直径が占める割合は、0.07以上かつ0.13以下であり、前記第1所定範囲における前記翼の前記内周角は、70°以上かつ90°以下であることとした。
【0008】
また、本発明に係る空気調和機は、仕切板を介して軸方向に連結される複数のファンブロックを備える貫流ファンと、前記貫流ファンの付近に設置される熱交換器と、前記貫流ファン及び前記熱交換器を収容する筐体ベースと、を含んで構成され、複数のファンブロックは、それぞれ、周方向で所定間隔を有するように配置される複数の翼を有し、前記貫流ファンの前記軸方向の端部には、ボス部又は軸部を有する端板が設置され、複数の前記ファンブロックのうち、前記端板で端部を仕切られるファンブロックの前記翼の内周角は、他のファンブロックの前記翼の内周角よりも小さく、前記筐体ベースは、前記ボス部よりも軸方向内側の範囲において、前記貫流ファンから吹き出される空気を自身に衝突させる衝突壁を有しないこととした。なお、その他については実施形態の中で説明する。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、貫流ファンの騒音を抑制する空気調和機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1】本発明の実施形態に係る空気調和機の構成図である。
図2】本発明の実施形態に係る空気調和機が備える室内機の模式的な縦断面図である。
図3】本発明の実施形態に係る空気調和機が備える貫流ファンを含む正面図である。
図4】本発明の実施形態に係る空気調和機において、図3のII-II断面における翼と、III-III断面における翼と、を重ね合わせて図示した説明図である。
図5】本発明の実施形態に係る空気調和機において、空調運転時の断面III-IIIにおける貫流ファンの内部の気流の相対流れを模式的に示す部分拡大図である。
図6】比較例に係る空気調和機において、空調運転時の断面II-IIにおける貫流ファンの内部の気流の相対流れを模式的に示す説明図である。
図7】比較例に係る空気調和機において、図6に示す領域G1の部分拡大図ある。
図8】比較例に係る空気調和機において、空調運転時の断面III-IIIにおける貫流ファンの内部の気流の相対流れを模式的に示す説明図である。
図9】比較例に係る空気調和機における、図8に示す領域G2の部分拡大図ある。
図10】別の比較例に係る空気調和機の貫流ファンを含む正面図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
≪実施形態≫
<空気調和機の構成>
図1は、実施形態に係る空気調和機100の構成図である。
なお、図1の実線矢印は、暖房運転時の冷媒の流れを示している。
一方、図1の破線矢印は、冷房運転時の冷媒の流れを示している。
空気調和機100は、暖房運転や冷房運転等の空調を行う機器である。図1に示すように、空気調和機100は、圧縮機11と、室外熱交換器12と、室外ファン13と、膨張弁14と、を備えている。また、空気調和機100は、前記した構成の他に、室内熱交換器15(熱交換器)と、貫流ファン20と、四方弁Vと、を備えている。
【0012】
圧縮機11は、低温低圧のガス冷媒を圧縮し、高温高圧のガス冷媒として吐出する機器であり、駆動源である圧縮機モータ11aを備えている。
室外熱交換器12は、その伝熱管(図示せず)を通流する冷媒と、室外ファン13から送り込まれる外気と、の間で熱交換が行われる熱交換器である。
【0013】
室外ファン13は、室外熱交換器12に外気を送り込むファンである。室外ファン13は、駆動源である室外ファンモータ13aを備え、室外熱交換器12の付近に配置されている。
膨張弁14は、「凝縮器」(室外熱交換器12及び室内熱交換器15の一方)で凝縮した冷媒を減圧する弁である。なお、膨張弁14で減圧された冷媒は、「蒸発器」(室外熱交換器12及び室内熱交換器15の他方)に導かれる。
【0014】
室内熱交換器15は、その伝熱管g(図2参照)を通流する冷媒と、貫流ファン20から送り込まれる室内空気(空調対象空間の空気)と、の間で熱交換が行われる熱交換器である。
貫流ファン20(クロスフローファンや横流ファンともいう)は、室内熱交換器15に室内空気を送り込むファンであり、室内熱交換器15の付近に配置されている。
【0015】
四方弁Vは、空気調和機100の運転モードに応じて、冷媒の流路を切り替える弁である。例えば、冷房運転時(図1の破線矢印を参照)には、圧縮機11、室外熱交換器12(凝縮器)、膨張弁14、及び室内熱交換器15(蒸発器)を順次に介して、冷媒が循環する。一方、暖房運転時(図1の実線矢印を参照)には、圧縮機11、室内熱交換器15(凝縮器)、膨張弁14、及び室外熱交換器12(蒸発器)を順次に介して、冷媒が循環する。
【0016】
なお、図1の例では、圧縮機11、室外熱交換器12、室外ファン13、膨張弁14、及び四方弁Vが、室外機Uoに設置されている。一方、室内熱交換器15や貫流ファン20は、室内機Uiに設置されている。また、圧縮機11や室外ファン13の他、膨張弁14、貫流ファン20、四方弁V等は、不図示の制御装置によって制御される。
【0017】
図2は、室内機Uiの模式的な縦断面図である。
室内機Uiは、前記した室内熱交換器15や貫流ファン20の他に、筐体ベース16と、フィルタ17a,17bと、前面パネル18と、左右風向板19aと、上下風向板19bと、を備えている。
【0018】
室内熱交換器15は、複数のフィンfと、これらのフィンfを貫通する複数の伝熱管gと、を備え、貫流ファン20の付近に設置されている。また、図2の例では、室内熱交換器15は、貫流ファン20の前側に設置される前側室内熱交換器15aと、貫流ファン20の後側に設置される後側室内熱交換器15bと、を備えている。そして、前側室内熱交換器15aの上端部と、後側室内熱交換器15bの上端部と、が逆V字状に接続されている。
【0019】
貫流ファン20は、複数の翼wkや仕切板rを備える円筒状のクロスフローファンである。複数の翼wkは、その移動によって空気にエネルギを与える薄板状の部材であり、縦断面視で円弧状に湾曲している。また、複数の翼wkは、周方向で所定間隔を有するように配置されている。なお、周方向における翼の間隔(ピッチ)は、略等間隔であってもよいし、また、いわゆるランダムピッチであってもよい。これらの翼wkは、仕切板rの板面に対して略垂直に設置されている。
【0020】
仕切板rは、複数の翼wkを軸方向で仕切る円環状の板であり、軸方向において所定間隔で複数設けられている(図3も参照)。また、仕切板rは、複数の翼wkの相対位置を固定する機能も有している。そして、ファンモータ21(図3参照)の駆動に伴い、複数の翼wkや仕切板rが一体で、モータ軸21a(図3参照)の軸線X(図3参照)を中心に回転するようになっている。
【0021】
図2に示す筐体ベース16は、室内熱交換器15や貫流ファン20等を収容するものであり、フロントノーズ16a及びバックノーズ16bを備えている。
フロントノーズ16aは、空気の流れの吸込側・吹出側を仕切るものであり、筐体ベース16において、前側室内熱交換器15aの下部付近で貫流ファン20に近接している部分に設けられている。
バックノーズ16bは、空気の流れの吸込側・吹出側を仕切るものであり、筐体ベース16において、後側室内熱交換器15bの下部付近で貫流ファン20に近接している部分に設けられている。
【0022】
フィルタ17a,17bは、室内機Uiに吸い込まれる空気から塵埃を捕集するものである。一方のフィルタ17aは、室内熱交換器15の前側に設置され、他方のフィルタ17bは、室内熱交換器15の上側に設置されている。
前面パネル18は、前側のフィルタ17aを覆うように設置されるパネルであり、下端を軸として前側に回動可能になっている。なお、前面パネル18が回動しない構成であってもよい。
【0023】
左右風向板19aは、室内に吹き出される空気の左右方向の流れを調整する板状部材である。上下風向板19bは、室内に吹き出される空気の上下方向の流れを調整する板状部材である。
室内機Uiに取り込まれた空気は、室内熱交換器15の伝熱管gを通流する冷媒と熱交換し、熱交換した空気が吹出風路h1に導かれる。そして、吹出風路h1を通流する空気は、左右風向板19a及び上下風向板19bによって所定方向に導かれて、室内に吹き出される。
【0024】
図3は、貫流ファン20を含む正面図である。
貫流ファン20は、前記した複数の翼wkや仕切板rの他に、ファンモータ21と、一対の端板tp,tqと、軸受22と、を備えている。
ファンモータ21は、貫流ファン20の駆動源であり、その駆動に伴って回転するモータ軸21aを備えている。
一対の端板tp,tqは、複数の翼の軸方向両端に設置される円板状の板である。一対の端板tp,tqのうち、貫流ファン20の軸方向一端(つまり、軸方向一方側の端部)に設置される端板tpは、ボス部tpaを備えている。
【0025】
ボス部tpaは、ファンモータ21のモータ軸21aが設置される部分であり、円板状の端板tpの中心付近において、軸方向内側に長さL1だけ入り込んでいる。なお、モータ軸21aは、止めネジ等(図示せず)を用いて、ボス部tpaから着脱自在になっている。
【0026】
一対の端板tp,tqのうち、貫流ファン20の軸方向他端(つまり、軸方向他方側の端部)に設置される端板tqは、軸受22によって軸支される軸部tqaを含んでいる。軸部tqaは、円板状の端板tqの中心付近に設けられ、端板tqの板面から軸方向内側に長さL2だけ突出している。
【0027】
図3に示すように、貫流ファン20は、仕切板rを介して軸方向に連結される複数のファンブロックBp,Bk,Bk,…,Bk,Bqを備えている。これらのファンブロックBp,Bk,Bk,…,Bk,Bqのうち、貫流ファン20の軸方向一端に設置されるファンブロックBpは、複数の翼wpを有するとともに、仕切板r及び端板tpを備えている。ファンブロックBpに含まれる複数の翼wpは、軸方向に細長く延びており、その一端が端板tpに設置され、他端は仕切板rに設置されている。
【0028】
なお、仕切板rや端板tpには、複数の翼wpの端部が嵌め込まれる所定の溝(図示せず)が設けられている。複数の翼wpは、軸方向に平行に延びていてもよいし、また、軸方向に対して所定に傾斜していてもよい。
【0029】
ファンブロックBpに隣り合う他のファンブロックBkは、複数の翼wkと、仕切板rと、を備えている。複数の翼wkの一端は、前記したファンブロックBpの仕切板rに設置され、他端は、別の仕切板rに設置されている。このようにして、複数のファンブロックBp,Bk,Bk,…,Bk,Bqが、仕切板rを介して軸方向に順次に連結されている。
【0030】
また、図3の例では、筐体ベース16において、貫流ファン20の軸方向一方側の側壁16pと、端板tpと、の間に若干の隙間jが設けられている。さらに、側壁16pは、前記した隙間jを貫流ファン20の下側で遮断するように、端板tpの付近まで内側に突出してなる遮断部161pを有している。なお、筐体ベース16の他方の側壁16qと、端板tqと、の間についても同様のことがいえる。
【0031】
貫流ファン20の軸方向における遮断部161pの位置は、端板tpの位置に略一致している。同様に、他方の遮断部161qの位置も、端板tqの位置に略一致している。これら遮断部161p,161qの間の空間は、吹出風路h1(図2も参照)として機能する。したがって、図3の例では、軸方向における貫流ファン20の全長が、吹出風路h1の横方向の長さL3に略等しくなっている。
【0032】
詳細については後記するが、貫流ファン20の軸方向において、ボス部tpaや軸部tqaが存在する領域と、ボス部tpaも軸部tqaも存在しない領域とでは、貫流ファン20の内部における気流の流れ場が異なっている。そこで、本実施形態では、ボス部tpaや軸部tqaが存在する領域でのサージング(気流の不安定現象)を抑制するように、貫流ファン20の翼wk,wp,wqが、次のように構成されている。
【0033】
図4は、図3のII-II断面における翼wkと、III-III断面における翼wpと、を重ね合わせて図示した説明図である。
なお、図4では、仕切板r(図3参照)の図示を省略している。
ファンブロックBk(図3参照)に含まれる翼wkは、図4に示すように、縦断面視で円弧状に湾曲し、その曲率中心(図示せず)が翼wkの回転方向の前方に位置している。このような翼wkにおいて、前記した曲率中心(図示せず)に臨んでいる面を「圧力面」といい、この圧力面とは反対側の面を「負圧面」という。
【0034】
また、翼wkの厚み方向において、圧力面・負圧面の間の中央の点を結ぶ仮想線を「反り線ck」という。反り線ckは、翼wkの内周側端部から外周側端部に亘って円弧状に延びている。なお、軸方向一端のファンブロックBp(図3参照)に含まれる翼wpの反り線cpについても同様のことがいえる。
【0035】
図4に示す仮想線miは、貫流ファン20の回転に伴って移動する翼wk,wpの内周側端部の軌跡である。この仮想線miは、円環状の仕切板r(図4では図示せず、図2参照)の内周縁よりも径方向で若干内側を通るような円形の曲線になっている。
図4に示す仮想線moは、貫流ファン20の回転に伴って移動する翼wk,wpの外周側端部の軌跡である。この仮想線moは、円環状の仕切板r(図4では図示せず、図2参照)の外周縁よりも径方向で若干内側を通るような円形の曲線になっている。
【0036】
また、貫流ファン20の周方向と、翼wkの内周側端部における反り線ckと、のなす角を「内周角θk」と定義する。より詳しく説明すると、翼wkの内周側端部の移動軌跡を示す仮想線miと、反り線ck(ただし、内周側に延長)と、の交点ekにおいて、仮想線miの接線、及び、反り線ckの接線を引いた場合、これら二本の接線(図示せず)のなす角(回転方向後側の角)を翼wkの内周角θkという。なお、軸方向両端以外の複数のファンブロックBk,Bk,…,Bk(図3参照)は、その内周角θkが等しいものとする。
【0037】
同様に、軸方向一端のファンブロックBp(図3参照)に含まれる翼wpに関して、貫流ファン20の周方向と、翼wpの内周側端部における反り線cpと、のなす角を翼wpの「内周角θp」と定義する。
【0038】
図4に示すように、軸方向一端に位置するファンブロックBp(図3参照)の翼wpの内周角θpは、軸方向内側のファンブロックBk(図3参照)の翼wkの内周角θkよりも小さくなっている(θk>θp)。つまり、複数のファンブロックBp,Bk,Bk,…,Bk,Bqのうち、端板tpで端部を仕切られるファンブロックBpの翼wpの内周角θpは、他のファンブロックBk,Bk,…,Bkの翼wkの内周角θkよりも小さくなっている。
【0039】
さらに別の観点から説明すると、ボス部tpa(図3参照)よりも軸方向内側の所定位置x1(図3参照)から、ボス部tpaを含む端板tpまでの「第1所定範囲Sp」(図3参照)における翼wpの内周角θpが、「第1所定範囲Sp」よりもさらに軸方向内側における翼wkの内周角θkよりも小さくなっている。
【0040】
なお、図3の例では、翼wpの軸方向他端に設置される仕切板rの位置を、前記した所定位置x1とし、翼wpが軸方向に延びている範囲を「第1所定範囲Sp」としている。したがって、内周角θk>θp(図4参照)となるような翼wpに関する「第1所定範囲Sp」は、軸方向において、ボス部tpaが設けられている箇所のみではなく、ファンブロックBpの全体に亘っている。
【0041】
また、軸方向他端のファンブロックBq(図3参照)に含まれる翼wqについても同様のことがいえる。すなわち、軸方向他端に位置するファンブロックBq(図3参照)の翼wqの内周角θq(図示せず)は、軸方向内側のファンブロックBkの翼wkの内周角θkよりも小さくなっている(θk<θq)。別の観点から説明すると、貫流ファン20の軸部tqa(図3参照)よりも軸方向内側の所定位置x2(図3参照)から、軸部tqaを含む端板tqまでの「第2所定範囲Sq」(図3参照)における翼の内周角θq(図示せず)が、「第2所定範囲Sq」よりもさらに軸方向内側における翼wkの内周角θkよりも小さくなっている。
【0042】
なお、図3の例では、翼wqの軸方向一端が設置される仕切板rの位置を、前記した所定位置x2とし、翼wqが軸方向に延びている範囲を「第2所定範囲Sq」としている。前記した翼wp,wqの構成による作用・効果については、後記する。
【0043】
また、図4に示すように、貫流ファン20の周方向と、翼wkの外周側端部における反り線ckと、のなす角を、翼wkの「外周角θo」と定義する。より詳しく説明すると、翼wkの外周側端部の移動軌跡を示す仮想線moと、反り線ck(ただし、外周側に延長)と、の交点foにおいて、仮想線moの接線、及び、反り線ckの接線を引いた場合、これら二本の接線(図示せず)のなす角(回転方向前側の角)を翼wkの外周角θoという。
【0044】
図4に示すように、翼wk,wpの外周側端部の付近では、反り線ck,cpが略一致している。したがって、ファンブロックBp(図3参照)の翼wpの外周角θoは、ファンブロックBk(図3参照)の翼wkの外周角θoに略等しくなっている。言い換えると、第1所定範囲Sp(図3参照)における翼wpの外周角θoは、第1所定範囲Spよりも軸方向内側における翼wkの外周角θoに等しくなっている。
同様に、第2所定範囲Sq(図3参照)における翼wqの外周角θoは、第2所定範囲Sqよりも軸方向内側における翼wkの外周角θoに等しくなっている。
【0045】
このように、翼wk,wpの外周角θoが等しい一方、前記したように、その内周角θk,θpは異なっている(θk>θp)。その結果、翼wkよりも翼wpの方が、縦断面視における反りの程度が小さくなっている。
また、翼wk,wpの外周側端部の位置は、縦断面視において略一致している。さらに、翼wkの内周側端部・外周側端部を通る弦dkよりも、翼wpの弦dpの方が、回転方向後側に傾いている。なお、翼wk,wq(図3参照)の位置関係についても同様のことがいえる。
次に、比較例(図6図9参照)について説明した後、本実施形態(図5参照)の作用・効果について説明する。
【0046】
<比較例>
図6は、比較例に係る空気調和機において、空調運転時の断面II-II(図3参照)における貫流ファン20の内部の気流の相対流れを模式的に示す説明図である。
なお、図6の比較例では、軸方向に連結された複数のファンブロック(図示せず)の全てにおいて、翼wkの内周角(=θk)が等しいものとする。
また、貫流ファン20のフロントノーズ16aの先端と、バックノーズ16bの先端と、を通る直線uの上側(吸込側)に位置する複数の翼wkを「吸込側翼列wir」という。一方、前記した直線uの下側(吹出側)に位置する複数の翼wkを「吹出側翼列wor」という。図6に示すように、吸込側翼列wirを介して流入した空気は、貫流ファン20の内部を通過し、吹出側翼列worを介して吹出風路h1に導かれる。
【0047】
図7は、図6に示す領域G1の部分拡大図ある。
なお、貫流ファン20の周方向(仕切板rの内周縁の接線方向)と、吹出側翼列worの付近における気流の相対流れと、のなす角を角度θFと定義する。図7に示すように、貫流ファン20の軸方向の中央付近における断面II-II(図3参照)では、吹出側翼列worに空気が流れ込む際の角度θFと、吹出側翼列worの翼wkの内周角θkと、の差が比較的小さい。したがって、気流は、吹出側翼列worの翼wkの圧力面wkaに沿うように流れる。その結果、断面II-IIの付近では、気流の不安定現象が生ずることはほとんどない。
【0048】
図8は、比較例に係る空気調和機において、空調運転時の断面III-III(図3参照)における貫流ファン20の内部の気流の相対流れを模式的に示す説明図である。
図8に示すように、断面III-IIIでは、端板tp(図3参照)の中心付近にボス部tpaが設けられている。したがって、吸込側翼列wirを介して貫流ファン20の内部に流れ込んだ空気は、ボス部tpaを回り込むように流れた後、急勾配で吹出側翼列worに向かう。
【0049】
図9は、図8に示す領域G2の部分拡大図ある。
前記したように、比較例では、貫流ファン20の各ファンブロック(図示せず)の全てにおいて、翼wkの内周角(=θk)が等しくなっている。つまり、断面III-III(図3参照)や断面IV-IV(図3参照)においても、断面II-II(図3参照)と同様に、翼wkの内周角がθkになっている。
【0050】
例えば、断面III-III(図3参照)において、気流がボス部tpaを回り込むように流れると、貫流ファン20の周方向と相対流れとのなす角度θFaが、断面II-IIにおける角度θF(図7参照)よりも小さくなる。したがって、角度θFaと、吹出側翼列worの翼wkの内周角θkと、の差が大きくなる。その結果、翼wkの負圧面wkbに向かって気流が流れる一方、翼wkに沿いきれない気流が圧力面wkaで剥離する。
【0051】
ちなみに、貫流ファン20(図2参照)や室内熱交換器15(図2参照)の他、吹出風路h1(図2参照)の壁面等に塵埃が堆積すると、通風抵抗が増大する。その結果、貫流ファン20の周方向と相対流れとのなす角度θFaがさらに小さくなり、サージングが生じやすくなる。なお、貫流ファン20の軸部tqa(図3参照)が存在する断面IV-IV(図3参照)においても同様に、サージングが生じやすくなる。
【0052】
<本実施形態の作用・効果等>
図5は、実施形態に係る空気調和機において、空調運転時の断面III-IIIにおける貫流ファン20の内部の気流の相対流れを模式的に示す部分拡大図である。
なお、本実施形態において、断面II-II(図3参照)での気流の相対流れは、図6図7と同様であるから、説明を省略する。
前記したように、断面III-III(図3参照)では、吹出側翼列worに空気が流れ込む際の角度θFaが、ボス部tpa(図3参照)の影響で、断面II-II(図3参照)における角度θF(図7参照)よりも小さくなっている。
【0053】
ここで、本実施形態では、軸方向一端のファンブロックBp(図3参照)に含まれる翼wpの内周角θpが、軸方向内側のファンブロックBk(図3参照)に含まれる翼wkの内周角θkよりも小さくなっている(θk>θp:図4参照)。したがって、吹出側翼列worに空気が流れ込む際の角度θFaと、翼wpの内周角θpと、の差が比較的小さくなる。その結果、気流が、翼wpの圧力面wpaに沿うように流れるため、翼wpの圧力面wpaにおける気流の剥離を抑制できる。
なお、通風抵抗が増大した場合には、角度θFaがさらに小さくなるが、前記したように、翼wpの内周角θpが比較的小さいため、翼wpの圧力面wpaで剥離が生じるまでには十分な余裕がある。
【0054】
また、本実施形態では、翼wk,wpの内周角が異なる一方(θk>θp:図4参照)、翼wk,wpの外周角θoは略同一である(図4参照)。したがって、貫流ファン20の吹出側翼列worを介して吹き出される気流の方向が軸方向で均一化されるため、送風性能の低下を抑制できる。なお、貫流ファン20の軸方向他端に位置するファンブロックBq(図3参照)についても、同様のことがいえる。
【0055】
このように本実施形態によれば、貫流ファン20のボス部tpa(図3参照)や軸部tqa(図3参照)の影響で、吹出側翼列worに流入する気流の角度θFa(図5参照)が小さくなっても、翼wp,wqの圧力面における気流の剥離を抑制できる。したがって、貫流ファン20のサージングに伴う騒音を抑制し、安定した送風を行うことができる。
【0056】
また、軸方向一端のファンブロックBp(図3参照)では、翼wpの内周角θp(図4参照)が軸方向で略一定である。また、軸方向他端のファンブロックBq(図3参照)でも、翼wqの内周角θq(図示せず)が軸方向で略一定である。つまり、翼wp,wqは、「ねじれ」のない形状であるため、軸方向で翼の内周角が変化するような「ねじれ」がある構成に比べて、翼wp,wqの製造に要する手間や費用を削減できる。
【0057】
また、翼wpが所定の内周角θp(図4参照)を有する第1所定範囲Sp(図3参照)は、ボス部tpaよりも軸方向内側の所定位置x1から端板tpまで設けられている。したがって、ボス部tpaを回り込むような気流の影響が、ボス部tpaの軸方向内側にまで及んでも、サージングを適切に抑制できる。なお、翼wqが設けられた第2所定範囲Sq(図3参照)についても同様のことがいえる。
【0058】
また、発明者らは、ボス部tpa(図3参照)の直径が大きいほど、吹出側翼列wor(図5参照)に流入する気流の角度θFa(図5参照)が小さくなる傾向があることを実験により見出した。
例えば、貫流ファン20の直径D1に対して、ボス部tpaの直径D2が占める割合ε(=D2/D1)が、0.07以上かつ0.13以下である場合、第1所定範囲Sp(図3参照)における翼wpの内周角θp(図5参照)は、70°以上かつ90°以下であることが好ましい。なお、貫流ファン20の直径D1とは、翼wpの外周側端部の移動軌跡が描く円の直径を意味している。
【0059】
これによって、ボス部tpa(図3参照)を回り込んで吹出側翼列wor(図5参照)に流れ込む気流の角度θFa(図5参照)と、翼wpの内周角θpと、を近づけることができる。したがって、翼wpの圧力面wpaにおける気流の剥離を効果的に抑制できる。
【0060】
また、貫流ファン20の直径D1に対して、ボス部tpaの直径D2が占める割合ε(D2/D1)が、0.13よりも大きく、かつ、0.20よりも小さい場合、第1所定範囲Sp(図3参照)における翼wpの内周角θpは、50°よりも大きく、かつ、70°よりも小さいことが好ましい。
なお、前記した割合εが大きいほど、吹出側翼列wor(図5参照)に急勾配で気流が流れ込み、その結果的として、前記した角度Faが小さくなる。したがって、割合εの大きさは、ボス部tpaの存在が気流に及ぼす影響の度合いを示しているともいえる。この割合εの大きさに基づいて、貫流ファン20の設計段階で翼wpの内周角θpを適宜に調整することで、翼wpの圧力面wpaにおける気流の剥離を効果的に抑制できる。
【0061】
なお、軸方向他端のファンブロックBq(図3参照)についても同様のことがいえる。すなわち、貫流ファン20の直径D1に対して、軸部tqa(図3参照)の直径D3が占める割合δ(=D3/D1)が、0.07以上かつ0.13以下である場合、第2所定範囲Sq(図3参照)における翼wqの内周角は、70°以上かつ90°以下であることが好ましい。これによって、翼wqの圧力面における気流の剥離を効果的に抑制できる。
【0062】
また、貫流ファン20の直径D1に対して、軸部tqa(図3参照)の直径D3が占める割合δ(=D3/D1)が、0.13よりも大きく、かつ、0.20よりも小さい場合、第2所定範囲Sq(図3参照)における翼wqの内周角θq(図示せず)は、50°よりも大きく、かつ、70°よりも小さいことが好ましい。これによって、翼wqの圧力面における気流の剥離を効果的に抑制できる。
【0063】
<別の比較例>
図10は、別の比較例に係る空気調和機の貫流ファン20Eを含む正面図である。
図10に示す比較例は、貫流ファン20EのファンブロックBk,Bk,…,Bkの全てにおいて、翼wkの内周角(=θk)が等しくなっている。また、筐体ベース16(図2参照)の側壁16pの付近には衝突壁zpが設けられ、他方の側壁16qの付近には衝突壁zqが設けられている点が、実施形態(図3参照)とは異なっている。なお、その他については、実施形態と同様である。
【0064】
図10に示す衝突壁zpは、軸方向一端のファンブロックBkから吹き出される空気を自身に衝突させることで、空気を昇圧するものである。この衝突壁zpは、側壁16pの遮断部161pから軸方向内側に突出し、軸方向一端のファンブロックBkに径方向で対向している。
【0065】
他方の衝突壁zqは、軸方向他端のファンブロックBkから吹き出される空気を自身に衝突させることで、空気を昇圧するものである。この衝突壁zqは、側壁16qの遮断部161qから軸方向内側に突出し、軸方向他端のファンブロックBkに径方向で対向している。
【0066】
比較例のように衝突壁zp,zqを設けると、貫流ファン20Eの軸方向の両端付近から吹き出される空気が昇圧され、サージングが抑制される。その一方で、室内機Uiの横幅に対して、吹出風路h1の横方向の長さの占める割合が小さくなる。その結果、吹出風路h1の開口面積が小さくなるため、送風性能の低下や消費電力の増加を招く。
【0067】
これに対して本実施形態(図3参照)では、筐体ベース16(図2参照)が、ボス部tpaよりも軸方向内側の範囲(第1所定範囲Sp)に衝突壁zpを有さず、また、軸部tqaよりも軸方向内側の範囲(第2所定範囲Sq)に衝突壁zqを有しない構成になっている。このように、本実施形態では、比較例のような衝突壁zp,zqを設ける必要がないため、吹出風路h1の開口面積を十分に確保できる。衝突壁zp,zqを設けずとも、ファンブロックBp,Bqの設計段階で翼wp,wqの内周角を適宜に調整することで、サージングを適切に抑制できるからである。
【0068】
≪変形例≫
以上、本発明に係る空気調和機100について実施形態で説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、実施形態では、軸方向両端のファンブロックBp,Bq(図3参照)において、その翼wp,wqの内周角を、軸方向内側のファンブロックBkの翼wkの内周角θkよりも小さくする構成について説明したが、これに限らない。
すなわち、軸方向一端のファンブロックBpについては、翼wpの内周角θpを小さくし(θk>θp)、軸方向他端のファンブロックBqについては、翼wqの内周角θqをファンブロックBkの翼wkの内周角θkと略同一にしてもよい。このような構成でも、全てのファンブロックの翼の内周角がθkである場合に比べて、サージングを抑制できる。
ちなみに、軸部tqa(図3参照)よりもボス部tpa(図3参照)の方が径が大きいため、ボス部tpaを含むファンブロックBpの翼wpの内周角θpを小さくことが、サージングの抑制において特に効果的である。
【0069】
同様に、軸方向他端のファンブロックBqについては、翼wqの内周角θq(図示せず)を小さくし(θk>θq)、軸方向一端のファンブロックBpについては、翼wpの内周角θpをファンブロックBkの翼wkの内周角θkと略同一にしてもよい。このような構成でも、全てのファンブロックの翼の内周角がθkである場合に比べて、サージングを抑制できる。
【0070】
また、実施形態では、軸方向両端に位置するファンブロックBp,Bqの翼の外周角θoが、軸方向内側のファンブロックBkの翼の外周角θoと略同一である構成について説明したが、これらが異なっていてもよい。
【0071】
また、実施形態では、貫流ファン20の軸方向一端に設置されるファンブロックBp(図3参照)の翼wpが、第1所定範囲Sp(図3参照)を超える範囲には設けられていない構成について説明したが、これに限らない。すなわち、ファンブロックBpが、軸方向において第1所定範囲Spを含み、さらに、第1所定範囲Spの軸方向内側まで設けられていてもよい。このような構成でも、第1所定範囲Spでは、翼wpの内周角θpが比較的小さいため(θk>θp)、実施形態と同様にサージングを抑制できる。
なお、軸方向他端のファンブロックBqと第2所定範囲Sq(図3参照)との関係についても同様のことがいえる。
【0072】
また、実施形態では、貫流ファン20の翼wp,wk,wqが、ファンブロックBp,Bk,Bwごとに別々に設けられる構成について説明したが、これに限らない。例えば、仕切板rに複数の孔(図示せず)を設け、これらの孔を翼が貫通して軸方向に細長く延びるようにしてもよい。
また、実施形態では、貫流ファン20の軸方向一方側にボス部tpa(図3参照)が設けられる構成について説明したが、、これに限らない。すなわち、貫流ファン20の軸方向両側にボス部(図示せず)が設けられていてもよい。
【0073】
また、実施形態では、室内機Ui(図1参照)及び室外機Uo(図1参照)が一台ずつ設けられる構成について説明したが、これに限らない。例えば、並列接続された複数台の室内機を設けてもよいし、また、並列接続された複数台の室外機を設けてもよい。
【0074】
また、実施形態では、壁掛型の空気調和機100について説明したが、他の種類の空気調和機にも適用することが可能である。例えば、パッケージエアコン、ビル用マルチエアコン、一体型エアコンといった様々な種類の空気調和機に実施形態を適用可能である。
【0075】
また、各実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に記載したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
また、前記した機構や構成は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての機構や構成を示しているとは限らない。
【符号の説明】
【0076】
100 空気調和機
11 圧縮機
12 室外熱交換器
13 室外ファン
14 膨張弁
15 室内熱交換器(熱交換器)
16 筐体ベース
20 貫流ファン
21 ファンモータ
21a モータ軸
22 軸受
Bk,Bp,Bq ファンブロック
h1 吹出風路
r 仕切板
Sp 第1所定範囲
Sq 第2所定範囲
tp,tq 端板
tpa ボス部
tqa 軸部
Uo 室外機
Ui 室内機
V 四方弁
x1,x2 所定位置
wk,wp,wq 翼
zp,zq 衝突壁
θk,θp,θq 内周角
θo 外周角
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10