(57)【要約】【課題】熱交換器やクロスフローファンを効率よく大型化する。【解決手段】熱交換器（１３）の前構成部（３１）の内面とクロスフローファンであるファン（１２）の外周面との距離をＬａ、後構成部（３２）の内面とファン（１２）の外周面との距離をＬｂ、距離Ｌａと距離Ｌｂとの平均値をＬ、ファン（１２）の直径をＤとした場合、Ｄ≧１２５ｍｍ、かつ０．６０≧Ｌ/（Ｄ/２）≧０．４５である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前構成部および後構成部を有し、前記前構成部と前記後構成部とが、山形を形成するように互いに逆方向の斜め傾斜状態に配置されている熱交換器と、
前記前構成部と前記後構成部との間に配置されたクロスフローファンであるファンと、
前記熱交換器および前記ファンを収容し、前記熱交換器の上方位置に吸込口を有し、前記ファンの下方位置に吹出口を有する筐体とを備えている空気調和機において、
前記前構成部の内面と前記ファンの外周面との距離をＬａ、前記後構成部の内面と前記ファンの外周面との距離をＬｂ、距離Ｌａと距離Ｌｂとの平均値をＬ、前記ファンの直径をＤとした場合、Ｄ≧１２５ｍｍ、かつ０．６０≧Ｌ/（Ｄ/２）≧０．４５であることを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
前記距離Ｌａと前記距離Ｌｂとの関係は、Ｌａ＝Ｌｂであることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
【請求項３】
前記距離Ｌａと前記距離Ｌｂとの関係は、１＞Ｌｂ／Ｌａ≧０．８であることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
【請求項４】
前記ファンの中心と前記ファンの翼の外縁部とを結ぶ線と前記ファンの前記翼の翼絃線とのなす角度θは、２６°≧θ≧２２°であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クロスフローファンおよび熱交換器を備えた空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の空気調和機には、例えば特許文献１に開示されているように、クロスフローファンおよび熱交換器を備えた構成が知られている。この空気調和機は、具体的には、クロスフローファンの前および後の位置に熱交換器が設けられ、上面に空気の吸込口を有し、前面の下部に空気の吹出口を有する。
【０００３】
このような空気調和機は、省エネルギーのため、近年、熱交換器やクロスフローファンといった性能基幹部品について大型化が進んでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第６０５８２４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、クロスフローファンを単に大型化すると、求められる風量や消費電力などの性能以外に、静圧や音などの特性が悪化方向へ変化することになり、熱交換器やクロスフローファンを効率よく大型化できないという問題点を有している。また、静圧や音の課題に対しては、従来、主に風路形状を変更し、空気の流れを調整することで対応されてきた。しかしながら、このような対応は、空気調和機として求められる風量と消費電力の効率を基本的に悪化させてしまうことになる。
【０００６】
本発明の一態様は、熱交換器やクロスフローファンを効率よく大型化することができる空気調和機の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る空気調和機は、前構成部および後構成部を有し、前記前構成部と前記後構成部とが、山形を形成するように互いに逆方向の斜め傾斜状態に配置されている熱交換器と、前記前構成部と前記後構成部との間に配置されたクロスフローファンであるファンと、前記熱交換器および前記ファンを収容し、前記熱交換器の上方位置に吸込口を有し、前記ファンの下方位置に吹出口を有する筐体とを備えている空気調和機において、前記前構成部の内面と前記ファンの外周面との距離をＬａ、前記後構成部の内面と前記ファンの外周面との距離をＬｂ、距離Ｌａと距離Ｌｂとの平均値をＬ、前記ファンの直径をＤとした場合、Ｄ≧１２５ｍｍ、かつ０．６０≧Ｌ/（Ｄ/２）≧０．４５である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様によれば、熱交換器やクロスフローファンを効率よく大型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態の空気調和機の構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示した空気調和機の内部構造を側面から見た場合の概略の説明図である。
【図３】図１に示した空気調和機の内部構造を側面から見た場合の模式図である。
【図４】図３に示した空気調和機において、クロスフローファンの直径を一定とし、クロスフローファンと熱交換器との距離を変化させた場合のクロスフローファンの回転数と吹き出し風量との関係を示すグラフである。
【図５】図３に示した空気調和機において、クロスフローファンの直径を一定とし、クロスフローファンと熱交換器との距離を変化させた場合の空気調和機の消費電力と吹き出し風量との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の他の実施形態の空気調和機の内部構造を側面から見た場合の模式図である。
【図７】図６に示した空気調和機において、クロスフローファンと熱交換器後部との距離が変化した場合の吹き出し風量の変化を示すグラフである。
【図８】本発明のさらに他の実施形態の空気調和機の内部構造を側面から見た場合の模式図である。
【図９】本発明の実施形態の空気調和機が備えるクロスフローファンの翼の翼絃線とクロスフローファンの中心と翼の外縁部とを結ぶ線とのなす角度の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
〔実施形態１〕
以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。図１は本実施形態の空気調和機１の構成を示す斜視図である。図２は、図３は、空気調和機１の内部構造を側面から見た場合の概略の説明図である。図３は、空気調和機１の内部構造を側面から見た場合の模式図である。
【００１１】
（空気調和機１の構成の概要）
図１から図３に示すように、空気調和機１は、筐体１１の内部の中央位置にクロスフローファン１２を有し、クロスフローファン１２の前および後ろの位置に熱交換器１３を有している。
【００１２】
筐体１１は、上面の位置に空気の吸込口２１を有し、下面の位置に空気の吹出口２２を有している。吹出口２２からは空気が前方へ吹き出される。
【００１３】
熱交換器１３は、前構成部３１、後構成部３２および前付加部３３を有している。前構成部３１と後構成部３２とは、互いに逆方向の斜め傾斜状態にて山形を形成するように配置され、上端部同士がクロスフローファン１２の上方位置にて当接した状態である。前付加部３３は後構成部３２と対向するように配置されている。これにより、前構成部３１、後構成部３２および前付加部３３は、クロスフローファン１２の周りにおいてコの字を形成している。
【００１４】
空気調和機１では、クロスフローファン１２が回転すると、吸込口２１から空気が筐体１１の内部へ吸い込まれ、その空気は熱交換器１３を通過し、吹出口２２から空気調和機１の前方へ吹き出される。熱交換器１３を通過する空気は、冷房運転の場合に熱交換器１３によって冷やされ、暖房運転の場合に熱交換器１３によって暖められる。
【００１５】
（熱交換器１３とクロスフローファン１２との距離）
本実施形態の空気調和機１では、前構成部３１の内面とクロスフローファン１２の外周面との距離をＬａとし、後構成部３２の内面とクロスフローファン１２の外周面との距離をＬｂとした場合、距離Ｌａ＝距離Ｌｂとなっている。クロスフローファン１２の直径Ｄは、Ｄ≧１２５ｍｍである。
【００１６】
また、空気調和機１では、距離Ｌａと距離Ｌｂとの平均値をＬ、クロスフローファン１２の直径をＤとした場合、熱交換器１３とクロスフローファン１２との距離の下限は、
Ｌ/（Ｄ/２）≧０．４５
を満たすようになっている。熱交換器１３とクロスフローファン１２との距離を上記のように設定することにより、クロスフローファン１２の周りの空気は、流れが安定し易く、乱れの発生が抑制される。これにより、空気調和機１は、静圧の変化による損失や音の発生を抑制しながら、クロスフローファン１２および熱交換器１３を効率よく大型化することができる。
【００１７】
また、Ｌ/（Ｄ/２）の上限は、空気調和機１のサイズによって決まってくるものの、０．６０とすることが好ましい。したがって、熱交換器１３とクロスフローファン１２との適正な距離は、
０．６０≧Ｌ/（Ｄ/２）≧０．４５  ……（１）
であることが好ましい。
【００１８】
（熱交換器１３とクロスフローファン１２との適正な距離につての研究の経緯）
クロスフローファン１２を大型化した場合、空気調和機１の吹出口２２から吹き出される風量は多くなる。一方、風量と静圧とはトレードオフの関係にあり、風量が増加すると静圧が低下する。静圧が低下すると、空気調和機１は、効率が低下し、品質が低下する。
【００１９】
静圧の低下を抑制する対策としては、
（Ａ）吸込口２１の面積を増やすこと
（Ｂ）吹出口２２の面積を減らすこと
（Ｃ）熱交換器１３の周辺の空間を広く取ること
が考えられる。
【００２０】
（Ａ）の対策は、空気調和機１の製品寸法、すなわち大型化に直結するため、採用には限度ある。（Ｂ）の対策は、吹出口２２からの吹き出し風量が減少するため、効果的な対応が困難である。そこで、本願発明者は（Ｃ）の対策に注目し、この問題を解消できるように研究を重ねた。
【００２１】
研究の結果、本願発明者は、クロスフローファン１２の径に対して、熱交換器１３とクロスフローファン１２との距離を一定の範囲に設定すると、静圧の悪化を抑制し、空気調和機１の効率の低下を抑制できることを見出した。クロスフローファン１２は、円周方向に羽根を有し、羽根の回転により圧力変動が生じる。この圧力変動では、より空間が広い方が、圧力変動による損失が少なくなる。圧力変動による損失が改善すると、風量が増加し、かつ消費電力が少なくなる。このようにして見出した、熱交換器１３とクロスフローファン１２との適正な距離が上記の（１）式である。
【００２２】
（効果の確認）
図４は、空気調和機１において、クロスフローファン１２の直径を一定とし、クロスフローファン１２と熱交換器１３との距離を変化させた場合のクロスフローファン１２の回転数と吹き出し風量との関係を示すグラフである。図５は、空気調和機１において、クロスフローファン１２の直径を一定とし、クロスフローファン１２と熱交換器１３との距離を変化させた場合の空気調和機１の消費電力と吹き出し風量との関係を示すグラフである。
【００２３】
ここでは、空気調和機１において、Ｄを１２５ｍｍとし、Ｌ/（Ｄ/２）を変化させた場合のクロスフローファン１２の回転数と吹き出し風量との関係、および消費電力と吹き出し風量との関係を調べた結果について説明する。図４および図５では、Ｌ/（Ｄ/２）を（ａ）０．６９（６９％）、（ｂ）０．６１（６１％）、（ｃ）０．５２（５２％）、（ｄ）０．４８（４８％）、（ｅ）０．４５（４５％）、（ｆ）０．４２（４２％）、（Ｇ）０．３８（３８％）、（ｈ）０．３５（３５％）とした。
【００２４】
図４の結果からは、Ｌ/（Ｄ/２）が０．４５以上である場合（（ａ）〜（ｅ））に、０．４５未満の場合（（ｆ）〜（ｈ））と比較して、同じ回転数に対する風量が大幅に多くなっていることが分かった。また、図５の結果からは、Ｌ/（Ｄ/２）が０．４２以上である場合（（ａ）〜（ｆ））に、０．４２未満の場合（（ｇ）〜（ｈ））と比較して、同じ風量に対する消費電力が大幅に少なくなっていることが分かった。したがって、図４および図５の結果から、Ｌ/（Ｄ/２）≧０．４５とするのが好ましいことが分かった。
【００２５】
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【００２６】
（距離Ｌａと距離Ｌｂとの関係）
図６は、本実施形態の空気調和機２の内部構造を側面から見た場合の模式図である。空気調和機２では、前構成部３１の内面とクロスフローファン１２の外周面との距離Ｌａと後構成部３２の内面とクロスフローファン１２の外周面との距離Ｌｂの関係を距離Ｌａ＞距離Ｌｂとしている。
【００２７】
距離Ｌａと距離Ｌｂとの関係は、前記空気調和機１のように、距離Ｌａ＝距離Ｌｂとするのが吹き出し風量の減少を防ぐために好ましい。しかしながら、距離Ｌａと距離Ｌｂとの関係は、距離Ｌａ＞距離Ｌｂとしてもよい。空気調和機２では、構造上、後部側よりも前部側の方が熱交換器１３の配置空間を確保し易い。したがって、距離Ｌａ＞距離Ｌｂとすれば、（１）式のＬ/（Ｄ/２）≧０．４５を満たように距離Ｌａと距離Ｌｂとの平均値Ｌを確保するのが容易である。
【００２８】
（距離Ｌａ＞距離Ｌｂの場合の風量）
図７は、図６に示した空気調和機２において、クロスフローファン１２と後構成部３２との距離Ｌｂが変化した場合の吹き出し風量の変化を示すグラフである。
【００２９】
ここでは、クロスフローファン１２と前構成部３１のとの距離Ｌａを固定とし、クロスフローファン１２と後構成部３２のとの距離Ｌｂを変化させた場合の吹き出し風量の変化について調べた。なお、クロスフローファン１２の回転数は一定である。また、図７において、横軸は距離Ｌａに対する距離Ｌｂの比（Ｌｂ／Ｌａ）であり、縦軸は、距離Ｌａ＝距離Ｌｂの場合に対する風量比である。
【００３０】
図７から分かるように、吹き出し風量は、Ｌｂ／Ｌａが９０％付近から減少し始め、Ｌｂ／Ｌａが８０％付近までは減少幅が小さく、Ｌｂ／Ｌａが８０％を下回ると減少幅が増大している。この結果から、Ｌｂ／Ｌａは、９０％以上とするのが理想的であるものの、風量の減少幅と空間効率も考慮すると、８０％以上が許容範囲であり、設計目標となる。この結果から、Ｌｂ／Ｌａは、１＞Ｌｂ／Ｌａ≧０．８とするのが好ましい。
【００３１】
〔実施形態３〕
本発明のさらに他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【００３２】
図８は、本実施形態の空気調和機３の内部構造を側面から見た場合の模式図である。図８に示すように、空気調和機３は、熱交換器１３が前構成部３１および後構成部３２を有し、前述の前付加部３３を有していない構成である。熱交換器１３は、性能上、前付加部３３を有していることが好ましいものの、例えば低価格の機種に使用する熱交換器１３として、このような構成であってもよい。
【００３３】
〔実施形態４〕
本発明のさらに他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【００３４】
図９は、本実施形態の空気調和機が備えるクロスフローファン１２の翼４１の翼絃線４２とクロスフローファン１２の中心Ｏと翼４１の外縁部とを結ぶ線４３とのなす角度の説明図である。図９に示すように、クロスフローファン１２の翼４１の翼絃線４２は、クロスフローファン１２の中心Ｏと翼４１の外縁部とを結ぶ線４３に対して傾斜しており、両線のなす角度θは、２６°≧θ≧２２°となっている。
【００３５】
クロスフローファン１２は、一般に、角度θが２６°程度である場合に、吸い込みおよび吹き出しの流量効率が最も良いと言われている。一方、静圧の減少を防止する観点では、角度θは大きい方が好ましく、例えば２８°〜３０°とするのが好ましい。しかしながら、この場合には、上記流量効率が悪化する。
【００３６】
一方、前記空気調和機１では、前述したように、静圧の減少を抑制しているので、角度θを２６°≧θ≧２２°とすることにより、静圧の減少を抑制しながら吹き出し風量の低下を防止することできる。この点は、空気調和機２〜３についても同様である。
【００３７】
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る空気調和機は、前構成部および後構成部を有し、前記前構成部と前記後構成部とが、山形を形成するように互いに逆方向の斜め傾斜状態に配置されている熱交換器と、前記前構成部と前記後構成部との間に配置されたクロスフローファンであるファンと、前記熱交換器および前記ファンを収容し、前記熱交換器の上方位置に吸込口を有し、前記ファンの下方位置に吹出口を有する筐体とを備えている空気調和機において、前記前構成部の内面と前記ファンの外周面との距離をＬａ、前記後構成部の内面と前記ファンの外周面との距離をＬｂ、距離Ｌａと距離Ｌｂとの平均値をＬ、前記ファンの直径をＤとした場合、Ｄ≧１２５ｍｍ、かつ０．６０≧Ｌ/（Ｄ/２）≧０．４５である。
【００３８】
本発明の態様２に係る空気調和機は、上記態様１において、前記距離Ｌａと前記距離Ｌｂとの関係は、Ｌａ＝Ｌｂであってもよい。
【００３９】
本発明の態様３に係る空気調和機は、上記態様１において、前記距離Ｌａと前記距離Ｌｂとの関係は、１＞Ｌｂ／Ｌａ≧０．８であってもよい。
【００４０】
本発明の態様４に係る空気調和機は、上記態様１から３のいずれか１態様において、前記ファンの中心と前記ファンの翼の外縁部とを結ぶ線と前記ファンの前記翼の翼絃線とのなす角度θは、２６°≧θ≧２２°であってもよい。
【００４１】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１〜３    空気調和機
１１    筐体
１２    クロスフローファン
１３    熱交換器
２１    吸込口
２２    吹出口
３１    前構成部
３２    後構成部
３３    前付加部
４１    翼
４２    翼絃線
４３    線
【図１】
2020200969.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2020200969.tif 000011